Studien, publicerad i den ledande tidskriften Nature Microbiology, har avslöjat hur AcrAB-TolC-utflödespumpen, som finns på det yttre membranet hos många bakterier, ändrar form för att exportera läkemedel och ge resistens.
Det internationella teamet använde kryo-elektronmikroskopi för att avbilda pumpens atomära struktur, vilket gav det länge eftersökta svaret på hur den öppnar för att tillåta utflödet av antibiotika.
Att förstå mekanismen för AcrAB-TolC-pumpen öppnar vägen för potentiella behandlingar som kan vända bakteriell läkemedelsresistens.
Bakteriepumpen består av membranfusionsproteinet, AcrA, multiläkemedelstransportören, AcrB, och den yttre membrankanalen, TolC.
AcrB innehåller två trattliknande fack som binder och exporterar antibiotikan.
När antibiotika kommer in i det första facket ändrar tratten form, vilket gör att antibiotikan kan föras vidare till den andra tratten för export från cellen.
För att förstå de strukturella förändringarna som behövs för att pumpa ut läkemedel ur cellen, använde forskarna nanoskivor, som är små skivor av lipidmembran, för att stabilisera pumpens olika komponenter i sin ursprungliga miljö.
De hittade en serie mellanprodukter som avslöjar hur de två avdelningarna av AcrB deformeras så att antibiotika kan flyttas från en tratt till den andra.
Professor Michelle Chang från ANU Research School of Chemistry och ARC Center of Excellence in Advanced Molecular Imaging, sa:"AcrAB-TolC-pumpen är notoriskt svår att studera på grund av dess dynamiska natur och instabilitet när den tas bort från cellmembranet.
"Att kunna generera stabila mellanprodukter och observera de strukturella förändringarna i realtid med hjälp av cryo-EM, har gjort det möjligt för oss att förstå pumpens mekanism som aldrig förr.
"Detta öppnar potentialen att hämma dess funktion och blockera utflödet av antibiotika, vilket i huvudsak återställer läkemedlens effektivitet."
Dr Emma Taylor från ANU Research School of Chemistry sa:"Att använda nanoskivor har gjort det möjligt för oss att få nya insikter om hur sådana membranproteinkomplex fungerar.
"Denna studie ger inte bara en mängd kunskap om detta speciella pumpkomplex, den introducerar också metoder som kan tillämpas på ett brett spektrum av multikomponentmembranproteiner."
Forskargruppen inkluderade forskare från ANU, University of Melbourne och University of Illinois i Chicago.
