革兰氏阴性细菌（以大肠杆菌为例）在生命周期中会合成和分泌各种细菌表面多糖，这些多糖主要分为三类，包括脂多糖、荚膜多糖和胞外多糖。在自然环境中绝大多数细菌不是游离存在的，而是形成具有粘性的膜样群体结构——菌膜(Biofilm)，藏身于由蛋白质和胞外多糖等物质组成的富含水分的细胞外基质（Extracellular Matrix）中。这种包裹着细菌的胶状基质，为细菌的寄生生活提供了强大的保护屏障，使其对自然界的各种天敌、极端环境以及生物宿主体内的各种免疫环境具有较强的抵抗力，同时赋予了细菌极强的腐蚀性和致病性。在大肠杆菌菌膜周期的初始过程中，细菌分泌的胞外多糖聚-β-1→6-N-乙酰葡萄糖胺(PNAG)是介导细菌之间发生初步接触和粘附的关键分子，直接控制菌膜的形成。大肠杆菌PNAG的合成与分泌是由pga操纵子控制的基因簇pgaABCD编码的四个膜蛋白负责完成的，其中外膜蛋白PgaA负责特异性地向胞外分泌PNAG;同时，PgaA也是胞外多糖分泌途径——合酶途径(Synthase Pathway)中外膜蛋白的代表性分子。本课题以X-射线晶体学为基本研究方法，以PgaA为突破口，开展对PgaA/C/D蛋白的结构测定，并结合其他生物物理和生物化学手段在结构学基础上研究PNAG合成与分泌的生理机制。通过这些研究，不仅可以加深对胞外多糖分泌机制的了解，而且可以促进针对由菌膜引起的各种疾病的药物研发以及各种生物材料的开发与利用。　　在本课题中，我们解析了PgaA蛋白跨膜区2.8 A分辨率的晶体结构，并结合功能实验对PgaA分泌PNAG的机制进行了初步分析。PgaA由N-端位于周质空间的TPR（Tetratrico-Peptide Repeat）结构域和C-端插入细菌细胞外膜的跨膜结构域构成，其中TPR结构域的功能是介导蛋白之间的相互作用，跨膜结构域是将底物分泌出外膜的通道。C-端跨膜结构域是一个典型的β-桶(β-Barrel)构造的外膜蛋白，由16条反向平行的β-叠片(β-Strand)包围形成一个外侧疏水的跨膜孔道。相邻的β-叠片之间富含氢键，使β-桶成为一种极为稳定的结构，在β-桶的胞外侧有5个较长的柔性loop形成盖子样的结构封住大部分孔道，以防止细胞外的有害物质通过孔道进入细胞;同时，顶部有一个负电荷聚集的开口，我们认为是底物通过的出口。β-桶内部的负电区域对于发生了部分去乙酰化而带有正电荷的底物的转运具有重要的作用，其中4个带负电的氨基酸残基是负责底物跨膜转运的关键位点。另外，我们发现，PgaA的N-端TPR结构域不是一直以来认为的周质空间完全可溶的球蛋白，而是与外膜存在一定的相互作用。TPR的功能是结合使底物前体发生去乙酰化的外膜脂蛋白PgaB，使被去乙酰化修饰的底物由PgaB交给PgaA，进而完成跨膜运输。整个PgaABCD多糖合成分泌系统的更深入的结构与功能研究，目前还在进行当中。