逆向思維，以消毒劑苯酚作為“壓力應(yīng)激源”

廈大團隊破解細菌死亡密碼

近日，廈門大學公共衛(wèi)生學院趙西林教授課題組在細菌死亡研究領(lǐng)域斬獲重大進展，其成果發(fā)表于國際頂尖學術(shù)期刊《美國國家科學院院刊》。這項研究為科學界深入理解細菌的生死奧秘打開了新大門。

近百年來，生命科學領(lǐng)域?qū)?ldquo;生”的認知已經(jīng)獲得良好積累，但對“死”的了解卻因研究手段受限而仍十分匱乏。細胞死亡的進程，如同神秘的黑匣子，難以觀測其中究竟。趙西林教授課題組獨辟蹊徑，經(jīng)過多年探索攻關(guān)，巧妙逆向思維，從研究細菌細胞如何抵抗死亡入手，來反向推導死亡發(fā)生的分子機理，從而突破死亡研究的一些技術(shù)瓶頸。

據(jù)趙西林教授介紹，團隊在先前研究中，以消毒劑苯酚作為“壓力應(yīng)激源”，在大腸桿菌中篩選出一種耐受消毒劑苯酚殺傷力的突變體。這個抗死耐受突變體的關(guān)鍵，在于編碼碳水化合物磷酸轉(zhuǎn)移系統(tǒng)（PTS）的ptsI（磷酸轉(zhuǎn)移酶I）基因存在遺傳缺陷。這一缺陷通過干擾PTS—cAMP（環(huán)磷酸腺苷，一種第二信使信號分子）—Crp（cAMP受體蛋白）轉(zhuǎn)錄調(diào)控途徑，就像改變了細菌內(nèi)部的“能量生產(chǎn)線”，讓碳通量從三羧酸循環(huán)重新向糖酵解和磷酸戊糖途徑轉(zhuǎn)移。而這種代謝重編程，會導致呼吸作用和能量供體ATP（三磷酸腺苷）合成的降低，減少了消毒劑或其他殺菌藥物誘發(fā)的活性氧（ROS）積累，細菌從而表現(xiàn)出對多種消毒劑和抗菌藥物的廣譜泛耐受性。

趙西林表示，這一發(fā)現(xiàn)首次揭示出多個關(guān)鍵點：細菌細胞存在普適共享死亡通路；PTS缺陷通過抑制cAMP-CRP轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)通路，賦予細菌對多種類型消毒劑和抗生素的廣泛抗死耐受性；cAMP（環(huán)磷酸腺苷）可充當死亡信號分子；代謝編程則掌握著細菌的生死大權(quán)。

研究并未止步于此，課題組進一步深挖，以?ptsI（ptsI基因缺失）突變株作為起始菌株，以消毒劑苯酚作為應(yīng)激源，進一步富集篩選獲得了一種新的超級泛耐受抗死突變體pheS F158C。該突變降低了苯丙氨酰-tRNA合成酶 (PheRS) 的功能，引發(fā)一系列連鎖反應(yīng)：大量去氨?；奖滨RNA積累并占據(jù)核糖體A位點，從而激活relA（ppGpp合成酶）基因表達，進而促進ppGpp（四磷酸鳥苷）的合成，隨后ppGpp與DksA（RNA聚合酶結(jié)合蛋白）協(xié)同作用于RNA聚合酶，啟動特定基因的轉(zhuǎn)錄，進而增強RpoS（全局應(yīng)激轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子）的穩(wěn)定性和翻譯，促使下游抗氧化基因和壓力應(yīng)激蛋白的表達上調(diào)，最終顯著抑制了多種消毒劑對細菌的致死效應(yīng)，讓細菌在多種消毒劑壓力存在時獲得更強的生存能力。

這些結(jié)果證實，ppGpp（四磷酸鳥苷）能作為抗死響應(yīng)信號分子，幫助細菌應(yīng)對不同類型的消毒劑致死壓力。本研究不僅開辟了消毒劑泛耐受的新研究領(lǐng)域，還為闡明細菌死亡及其抵抗死亡的生物學本質(zhì)開啟了破冰之旅。 （福建日報記者 李珂）