Skip to content Skip to navigation

让细菌自己说出它的选择——藉由MMR系统突变展露霍乱弧菌在氧化胁迫下的调控机制

    南京农业大学生命科学学院朱军教授团队近日在生物学权威刊物PLoSPathogens在线发表了题为“Hypermutation-induced in vivo oxidative stress resistance enhances Vibrio cholerae host adaptation”的科研论文,研究了霍乱弧菌入侵宿主过程中如何自发突变调控以应对环境中的氧化环境,并建立了用突变模型快速研究特定环境中细菌调控行为的模型。生命科学学院王卉副教授为论文的第一作者和通讯作者,朱军教授为共同通讯作者,南京农业大学为第一完成和通讯单位。

   细菌在入侵宿主过程中会通过不断调整基因表达来增强适应性,但也会因此付出一些长期的代价。霍乱(cholera)是一种急性传染病,引起霍乱的病原细菌霍乱弧菌(Vibrio cholera)是一种革兰氏阴性菌。在侵染宿主的过程中,霍乱弧菌除了要克服胃酸屏障、宿主免疫系统等,还要应对宿主体内不断升高的活性氧(Reactiveoxygenspecies,ROS)水平。在该团队过去的研究中,确认霍乱弧菌会通过不同调控蛋白来对KatG、KatB、Dps、PrxA等过氧化氢酶和过氧化物酶进行调控以消除ROS[1-4],但仍有不少问题尚未研究清楚。

   本研究通过两种分别含有高ROS水平(NAC-)和低ROS水平(NAC+)的两种小鼠模型,发现DNA错配修复系统中的关键基因mutS对霍乱弧菌在高ROS环境小鼠体内定殖有重要影响。在通过回补“锁定”其突变后的优势定殖现状后(称为ΔmutS*),确认霍乱弧菌在宿主体内自发产生了特异性针对高ROS环境的突变,其具有两种特征:一些突变株产生了更多的过氧化氢酶;而另一些突变株的菌落形态从光滑型菌株(smooth)转化为褶皱型菌株(rugose),表明在面对宿主体内的氧化胁迫时,霍乱弧菌一方面通过增强过氧化氢酶的表达来降解ROS,化解氧化压力,另一方面也通过突变为褶皱型表型来增强生物膜,应对不利条件,但这种策略是暂时性的,在无压力的条件下可以回复的。

   值得注意的是,这种通过突变细菌MMR系统进行体内自发突变、并在体外分离后立刻回补MMR系统基因的研究方式,可以获得更广泛的应用。过去通常是通过敲除或调控某个特定基因来确认其对表型的影响,效率较为低下,运用本模型则可以将不同环境和压力下获得优势的突变株进行富集,快速有效地研究细菌调控行为。这不仅有助于对多种病原细菌在特定条件(例如低pH、活性氮、干燥胁迫等)下的研究,还可以在复杂多因素环境中进行应用,也可帮助对现有的抗菌方式进行改善,预测细菌会以何种突变方式来逃避杀菌物质,降低潜在风险。

   朱军教授课题组一直致力于微生物与宿主间相互作用的研究,此前曾在PNAS、Cell Reports、MolecularMicrobiology、Infection and Immunity、Journal of Bacteriology、Applied and EnvironmentalMicrobiology等多种优秀期刊上发表文章。本次发表的研究成果获得了中国疾病预防控制中心传染病预防控制所阚飙研究员、逄波研究员和华中科技大学刘智教授的帮助,感谢林万芳和林法德小姐的关心和鼓励,感谢973计划、国家自然科学基金的项目支持。

   文章链接:https://journals.plos.org/plospathogens/article?id=10.1371/journal.ppat.1007413

 

1. Wang H, Chen S, Zhang J, et al. (2012) Catalases promote resistance of oxidative stress in Vibrio cholerae. PLoS One 7: e53383.
2. Liu Z, Wang, H, Zhou, Z, et al. (2016) Thiol-based switch mechanism of virulence regulator AphB modulates oxidative stress response in Vibrio cholerae. Molecular Microbiology 102: 939-949.
3. Wang H, Naseer N, Chen Y, et al. (2017) OxyR2 Modulates OxyR1 Activity and Vibrio cholerae Oxidative Stress Response. Infect Immun doi:10.1128/IAI.00929-16.
4. Xia X, Larios-Valencia J, Liu Z, et al. (2017) OxyR-activated expression of Dps is important for Vibrio cholerae oxidative stress resistance and pathogenesis. PLoS One 12: e0171201.