严格应答介导的铁死亡样死亡抵抗机制揭示Novosphingobium在环丙沙星胁迫下的持久性

　　这篇研究揭示了Novosphingobium在自然湿地环境中通过严格应答（SR）介导的铁死亡样死亡抵抗机制，在环丙沙星（CIP）胁迫下实现持久存活的分子机制。研究通过宏基因组和转录组分析，发现铁稳态（siderophore转运、细胞色素c、谷胱甘肽S-转移酶）和氧化应激响应是关键生存策略，首次提出严格应答通过抑制TCA循环和氧化磷酸化（OXPHOS）、减少细胞内Fe2+和丙二醛（MDA）积累，从而平衡细胞氧化还原状态。该研究为环境抗生素耐药性（AMR）防控提供了新靶点。

　　

引言

抗生素污染已成为全球性环境挑战，其中氟喹诺酮类抗生素环丙沙星（CIP）在自然水体中广泛检出。研究聚焦于营养限制条件下细菌群落对CIP胁迫的响应机制，发现鞘氨醇单胞菌科（Sphingomonadaceae）的Novosphingobium在湿地菌群中显著富集，其持久性与严格应答（SR）信号分子(p)ppGpp密切相关。

材料与方法

从杭州西溪湿地采集水样，通过R2A培养基富集菌群，并添加DL-丝氨酸羟肟酸（SHX）模拟饥饿诱导SR。利用HPLC检测(p)ppGpp，16S rRNA测序分析菌群结构，宏基因组测序揭示功能基因富集。以Novosphingobium pentaromativorans US6-1为模型，构建rsh基因敲除株（Δrsh）和回补株（Prsh），通过转录组、铁代谢和氧化应激指标（ROS、GSH、MDA）解析机制。

结果与讨论

Novosphingobium在CIP胁迫下的优势地位

湿地菌群暴露于1 μg/mL CIP后，Novosphingobium相对丰度达28.71%，显著高于Aeromonas（25.96%）。网络分析显示Novosphingobium与13个属存在复杂互作关系。SHX诱导的SR进一步抑制菌群生长，但Novosphingobium仍能持久存活。

铁稳态的关键作用

宏基因组显示，CIP胁迫下Novosphingobium富集了铁载体受体基因（FhuE、FepA、ViuA）和氧化应激相关基因（细胞色素c、谷胱甘肽S-转移酶）。实验证实US6-1分泌羟基化铁载体，Δrsh突变体因铁载体-CIP偶联物内流导致胞内Fe²⁺升高1.5倍（P<0.05），触发铁死亡样死亡。

SR调控能量代谢与药物摄取

转录组揭示Δrsh中TCA循环（icd、mdh、sucA/B）和NADH脱氢酶（Complex I）基因显著上调，导致NAD⁺/NADH比值下降20%。SR通过抑制能量代谢减缓生长速率，同时下调TonB依赖的铁载体转运系统，减少CIP内流（Δrsh胞外CIP浓度降至0.55 μg/mL）。

SR介导的铁死亡样死亡抵抗

Δrsh在CIP胁迫下ROS升高2倍，MDA含量增加40%（P<0.05），GSH耗竭，伴随脂质过氧化标志基因（ahpC、katG）下调。SR通过维持谷胱甘肽代谢（GshB、BtuE、GarB）和抑制Fe²⁺依赖性Fenton反应，保护细胞免受铁死亡样损伤。

创新与意义

本研究首次将SR与铁死亡样死亡抵抗机制关联，阐明Novosphingobium在自然寡营养环境中通过“代谢减速-铁稳态-氧化还原平衡”三位一体策略耐受CIP的分子框架，为环境耐药性传播的干预提供了理论依据。