《BMC Microbiology》：Transcriptional response study of auto inducer-2 regulatory system in Escherichia coli harboring blaNDM
编辑推荐：
为探究亚抑菌浓度（SIC）的碳青霉烯类药物及酰基高丝氨酸内酯（AHL）群体感应信号分子对大肠杆菌中与自诱导物 - 2（AI - 2）介导的群体感应相关基因转录应答的影响，研究人员对携带 blaNDM的大肠杆菌进行实验。结果表明不同诱导条件对不同菌株的 lsrB、lsrR 和 lsrK 基因转录有不同影响，为后续研究提供了基础。
在医疗卫生领域，细菌耐药问题日益严峻，尤其是革兰氏阴性菌如大肠杆菌对碳青霉烯类药物的耐药，已成为全球公共卫生的重大威胁。在人体和自然环境中，低于最低抑菌浓度（MIC）的碳青霉烯类药物普遍存在，这些亚抑菌浓度（SIC）会促使细菌通过基因表达快速适应环境，产生多种耐药表型。
群体感应（quorum sensing）是细菌之间一种依赖细胞密度的通讯系统，通过产生、释放和检测信号分子 —— 自诱导物（autoinducers）来协调行为。其中，自诱导物 - 2（AI - 2）能在种内和种间介导细菌通讯。在大肠杆菌中，lsr 操纵子包含六个基因（lsrACDBFG），负责编码 ATP 结合盒（ABC）转运蛋白，lsrB 基因编码的 LsrB 蛋白可将细胞外的 AI - 2 转运到细胞内。而 lsrR 和 lsrK 基因则组成 AI - 2 摄取的调控网络，LsrR 是 lsr 操纵子的阻遏蛋白，LsrK 是一种激酶，可将 AI - 2 转化为磷酸化 AI - 2，从而解除 LsrR 对 lsr 操纵子的抑制。
在这样的背景下，为深入了解碳青霉烯类药物和 AHL 如何影响大肠杆菌中与 AI - 2 介导的群体感应相关基因的转录应答，来自国内的研究机构 —— 阿萨姆大学微生物学系和锡尔查医学院医院微生物学系的研究人员开展了相关研究 。他们的研究成果发表在《BMC Microbiology》上。该研究对于揭示大肠杆菌耐药机制，探索潜在的治疗靶点，具有重要意义。
研究人员采用了多种关键技术方法。首先，从临床获取碳青霉烯类药物非敏感的大肠杆菌菌株，通过质粒消除实验，用 10% 十二烷基硫酸钠（SDS）处理携带 blaNDM的菌株，去除质粒；接着进行转化实验，将提取的质粒转入受体菌株大肠杆菌 DH5α。之后，利用定量实时荧光定量聚合酶链反应（qRT - PCR）技术，研究不同诱导条件下 lsrB、lsrR 和 lsrK 基因的转录应答。
实验结果
- 质粒消除与转化：成功从一株分离株中消除携带 blaNDM的质粒，且转化实验证实质粒成功转入大肠杆菌 DH5α，经鉴定该质粒属于 IncFIC 型，大小约 62 Kb，还携带氨基糖苷类耐药基因。
- 不同菌株 lsrB 基因转录应答：在野生型大肠杆菌中，C12AHL、C4AHL、亚胺培南（Imipenem）与 C12AHL 或 C4AHL 联合处理时，lsrB 基因上调；单独 Imipenem 或 C12AHL 与 C4AHL 联合处理时，基因下调。质粒消除型菌株中，C12AHL、C4AHL、二者分别与 Imipenem 联合处理时，lsrB 基因上调；Imipenem、C12AHL 与 C4AHL 联合处理时，基因下调。转化子中，所有条件下 lsrB 基因均下调。大肠杆菌 DH5α 中，C12AHL、C4AHL 单独处理及分别与 Imipenem 联合处理时，lsrB 基因上调；Imipenem 及多种 AHL 联合处理时，基因下调。
- 不同菌株 lsrR 和 lsrK 基因转录应答：野生型大肠杆菌中，lsrR 基因在所有诱导条件下均下调；lsrK 基因在多数条件下下调，C4AHL 与 Imipenem 联合处理时上调。质粒消除型菌株中，lsrR 基因在所有条件下均上调；lsrK 基因在多数条件下上调，C12AHL 与 C4AHL 联合处理时不变。转化子中，lsrR 基因下调，lsrK 基因在多数条件下上调，C12AHL 处理时不变。大肠杆菌 DH5α 中，lsrR 和 lsrK 基因在多数条件下上调。
- 共培养实验结果：大肠杆菌（野生型、质粒消除型、转化子）与铜绿假单胞菌共培养时，多数情况下 lsrB、lsrR 和 lsrK 基因转录下调；添加 Imipenem 后，野生型和质粒消除型菌株中 lsrB 和 lsrK 基因转录下降，转化子中上升；lsrR 基因在野生型中下降，质粒消除型中略有上升，转化子中不变。
研究结论和讨论
本研究表明，Imipenem 和 AHL 对不同菌株（野生型、质粒消除型、转化子和大肠杆菌 DH5α）的 lsrB、lsrR 和 lsrK 基因转录应答有显著影响。在野生型大肠杆菌中，不同诱导条件下 lsrB 基因的上调或下调影响 AI - 2 的摄取，而 lsrK 基因表达变化影响 AI - 2 的磷酸化，二者相互作用影响群体感应系统。铜绿假单胞菌能合成 AHL，与大肠杆菌共感染情况常见，本研究对二者相互作用的探究为临床感染治疗提供了理论依据。
不同菌株对诱导条件的反应存在差异，说明基因表达模式复杂，遗传背景差异会导致基因表达调控机制不同。这一研究为后续深入探索影响大肠杆菌群体感应电路激活的因素奠定了基础，有助于进一步理解革兰氏阴性菌中 lsr 操纵子调控的 AI - 2 群体感应系统，有望推动开发针对这一复杂群体感应网络的新策略，为解决细菌耐药问题提供新的方向和思路。
涓嬭浇瀹夋嵎浼︾數瀛愪功銆婇€氳繃缁嗚優浠ｈ阿鎻ず鏂扮殑鑽墿闈剁偣銆嬫帰绱㈠浣曢€氳繃浠ｈ阿鍒嗘瀽淇冭繘鎮ㄧ殑鑽墿鍙戠幇鐮旂┒
10x Genomics鏂板搧Visium HD 寮€鍚崟缁嗚優鍒嗚鲸鐜囩殑鍏ㄨ浆褰曠粍绌洪棿鍒嗘瀽锛�
娆㈣繋涓嬭浇Twist銆婁笉鏂彉鍖栫殑CRISPR绛涢€夋牸灞€銆嬬數瀛愪功
鍗曠粏鑳炴祴搴忓叆闂ㄥぇ璁插爞 - 娣卞叆浜嗚В浠庣涓€涓崟缁嗚優瀹為獙璁捐鍒版暟鎹川鎺т笌鍙鍖栬В鏋�
涓嬭浇銆婄粏鑳炲唴铔嬬櫧璐ㄤ簰浣滃垎鏋愭柟娉曠數瀛愪功銆�
