微生物所發(fā)現(xiàn)控制細(xì)菌生活方式轉(zhuǎn)變的新機(jī)制

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來(lái)源：微生物研究所

2019-08-16

最近，中國(guó)科學(xué)院微生物研究所錢韋研究組在PLoS Pathogens上在線發(fā)表了一項(xiàng)題為Cyclic-di-GMP binds histidine kinase RavS to control RavS-RavR phosphotransfer and regulates the bacterial lifestyle transition between virulence and swimming 的成果，該研究發(fā)現(xiàn)一種細(xì)菌控制生活方式轉(zhuǎn)變的生物化學(xué)新機(jī)制。

一種細(xì)菌控制生活方式轉(zhuǎn)變的生物化學(xué)新機(jī)制

絕大多數(shù)動(dòng)、植物病原細(xì)菌是所謂條件型致病菌（opportunistic pathogen）。這類病原在正常生存（free-living）時(shí)對(duì)寄主無(wú)害甚至有益。但是，當(dāng)它們侵入到寄主體內(nèi)，或進(jìn)入到非正常生活的寄主組織中，細(xì)菌可能因生境發(fā)生劇烈變化（比如受到免疫系統(tǒng)的攻擊）而表達(dá)毒力因子，轉(zhuǎn)而用**生活（virulence）來(lái)保護(hù)自己。例如，共生于人類皮膚表面的金黃色葡萄球菌、銅綠假單胞菌、鏈球菌等細(xì)菌對(duì)人體無(wú)害，而一旦通過(guò)傷口進(jìn)入體內(nèi)則可能導(dǎo)致嚴(yán)重感染和各種機(jī)體炎癥。因此，對(duì)于條件致病型細(xì)菌而言，從自由生存到**生活的相互轉(zhuǎn)變是其生存斗爭(zhēng)的需要，受到細(xì)菌細(xì)胞感知系統(tǒng)的精細(xì)控制。

這項(xiàng)新研究發(fā)現(xiàn)：植物病原細(xì)菌－野油菜黃單胞菌細(xì)胞內(nèi)一個(gè)名為RavS的受體在控制細(xì)菌生存方式轉(zhuǎn)變中發(fā)揮著重要作用：RavS是一種組氨酸激酶，當(dāng)其處于高磷酸化水平時(shí)，它控制細(xì)菌游動(dòng)，但抑制細(xì)菌的毒力；但當(dāng)RavS處于低磷酸化水平時(shí)，它雖然對(duì)毒力沒(méi)有控制作用，但卻抑制細(xì)菌的游動(dòng)性。因此，當(dāng)細(xì)菌需要從自由生存狀態(tài)向**狀態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)，RavS的磷酸化水平必須下降到較低水平。研究發(fā)現(xiàn)，這一下降過(guò)程是由細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)第二信使分子c-di-GMP（環(huán)二鳥苷單磷酸）嚴(yán)格控制的：c-di-GMP直接接合到RavS的ATP酶區(qū)，顯著增強(qiáng)了它的磷酸轉(zhuǎn)移酶活性。在將磷酸基團(tuán)“甩”給下游反應(yīng)調(diào)節(jié)蛋白R(shí)avR以后，RavS的磷酸化水平自然回歸到較低水平，從而解除對(duì)細(xì)菌毒力因子表達(dá)的抑制作用。因此，c-di-GMP信號(hào)分子與受體RavS的相互作用是調(diào)控細(xì)菌自由生活向**轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

值得注意的是，在上述控制過(guò)程中，細(xì)菌雙組分信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)RavS-RavR之間的特異性關(guān)系不但決定于這兩個(gè)蛋白的一級(jí)序列，而且需要c-di-GMP信號(hào)分子的驅(qū)動(dòng)。因此，研究新發(fā)現(xiàn)了一種控制細(xì)菌雙組分信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)特異性的生物化學(xué)機(jī)制，并為發(fā)展新型抗菌化合物提供了關(guān)鍵分子作用靶標(biāo)。

該研究主要由錢韋研究組的博士后程壽廷完成。此項(xiàng)研究得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)和國(guó)家杰出青年科學(xué)基金等的聯(lián)合資助。

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