胆汁调控多重耐药铜绿假单胞菌噬菌体-宿主相互作用及适应性生理机制研究

《BMC Microbiology》：Bile modulates phage–host interactions in multidrug-resistant Pseudomonas aeruginosa

本研究针对胆道感染中多重耐药铜绿假单胞菌(P. aeruginosa)在胆汁富集环境下的适应性机制这一临床难题，通过系统研究牛胆汁(ox-bile)对细菌生理特性及噬菌体-宿主互作的影响，发现胆汁以浓度依赖性方式调节细菌生物膜形成、运动性及噬菌体敏感性。特别值得注意的是，胆汁通过调控IV型菌毛(T4P)和脂多糖(LPS)等噬菌体受体的表达，显著增强T4P依赖性噬菌体phipa2的感染效率，而对LPS靶向噬菌体phipa10的影响较小。该研究为胆汁环境下噬菌体疗法的优化提供了重要理论依据，对开发针对胆道感染的新型治疗策略具有指导意义。

　　

在当今抗生素耐药性危机日益严重的背景下，胆道感染因其特殊的解剖位置和微生物环境而成为临床治疗的难点。胆道系统作为肠道-肝脏轴的重要接口，其内富集的胆汁成分不仅参与消化调节，更对定植于此的微生物群落产生深远影响。其中，铜绿假单胞菌作为ESKAPE耐药病原体群的重要成员，在胆道感染中表现出惊人的环境适应能力，能够通过外膜重塑、外排泵激活等机制抵抗抗生素和宿主防御。然而，胆汁这一关键环境因素如何影响铜绿假单胞菌的生理适应性及其与噬菌体的相互作用，至今尚不明确。

近日发表于《BMC Microbiology》的一项研究深入探讨了这一科学问题。研究人员发现，胆汁不仅以浓度依赖方式抑制铜绿假单胞菌ZS-PA-35菌株的生长，还显著调节其毒力相关表型。特别引人注目的是，胆汁暴露增强了生物膜形成能力，同时差异性调节三种运动模式：促进群集运动(swarming)和抽搐运动(twitching)，而抑制游动运动(swimming)。这些表型变化与噬菌体敏感性密切相关，胆汁处理使细菌对T4P依赖性噬菌体phipa2的易感性显著增强，而对LPS靶向噬菌体phipa10的敏感性保持不变。

为全面解析胆汁环境下的细菌适应性机制，研究团队采用多组学技术手段，包括全基因组突变筛选、比较转录组分析和表型验证等。临床分离菌株主要来源于上海公共卫生临床中心，通过系统比较野生型与基因缺失突变株(ΔpilT和ΔgalU)在胆汁压力下的生长动力学、运动特性和噬菌体敏感性变化，揭示了受体特异性适应策略。

胆汁对铜绿假单胞菌生长的浓度依赖性抑制

通过协同图谱分析发现，胆汁对铜绿假单胞菌ZS-PA-35的生长抑制呈现明显浓度依赖性。在0.05-5 g/L浓度范围内，≥0.1 g/L的胆汁浓度均能显著抑制细菌生长，且抑制效应从3小时开始持续至10小时观察期。这种延迟但持续的抑制反应可能反映了胆汁诱导的膜结构破坏或代谢适应过程。

胆汁调节生物膜形成和运动性

胆汁暴露诱导了铜绿假单胞菌毒力表型的特异性改变。生物膜生物量呈现适度但显著增加，同时T4P依赖性表面运动性明显增强：群集运动显著促进，抽搐运动区域显著扩大。相反，主要由鞭毛介导的游动运动则显著降低，迁移半径减少31.4%。这些发现表明胆汁通过差异性调节菌毛和鞭毛功能，重塑细菌的表面定植策略。

胆汁调节噬菌体敏感性和生产力

胆汁对噬菌体-宿主相互作用表现出受体特异性调节。T4P靶向噬菌体phipa2在胆汁条件下的抗菌活性显著增强，感染后2-8小时内噬菌体滴度显著升高，表明胆汁敏感化了宿主对T4P靶向噬菌体的易感性并促进更有效的噬菌体扩增。相比之下，LPS O抗原靶向噬菌体phipa10在胆汁富集条件下保持稳定的裂解活性，细菌敏感性和噬菌体产量均无显著差异。

胆汁延迟噬菌体耐药性出现并调节宿主适应性

胆汁暴露虽未显著改变自发突变率，但表现出延迟耐药表型出现的趋势，尤其对T4P靶向噬菌体更为明显。全基因组测序分析显示，phipa2耐药突变主要影响T4P生物发生和趋化途径，而phipa10耐药突变则主要改变LPS生物合成和外膜结构。这些发现揭示了胆汁压力下噬菌体-宿主动态的受体特异性进化路径。

胆汁暴露损害受体相关功能并改变适应性景观

基因缺失突变株ΔpilT和ΔgalU在胆汁压力下表现出加剧的生长缺陷，证实完整的T4P收缩和LPS生物合成在缓解胆汁诱导应激中的关键作用。 motility表型分析显示，ΔpilT突变体在胆汁暴露下游泳和群集运动适度增加，但抽搐运动明显抑制；而ΔgalU突变体则表现出超运动表型，三种运动模式均显著增强。这些结果表明胆汁通过重塑细菌运动程序驱动适应性可塑性。

胆汁调节噬菌体受体相关基因表达

转录水平分析表明，胆汁显著上调pilT(P<0.05)和galU(P<0.01)基因表达，这与对T4P靶向噬菌体phipa2敏感性增加相一致。这些发现表明胆汁作为有效的环境信号，驱动运动性、表面组成和噬菌体敏感性相关基因表达，从而塑造细菌在胆汁富集生态位中的适应性。

胆汁抑制溶原性铜绿假单胞菌中pilT介导的前噬菌体诱导

在溶原性临床分离株ZS-PA-05中，胆汁以T4P依赖性方式约束前噬菌体动态。野生型菌株在胆汁暴露下细胞外前噬菌体积累显著减少，而ΔpilT突变体则未观察到这种抑制效应。这支持了功能性T4P在野生型细胞中促进前噬菌体诱导期间的再感染，产生超感染循环最终减少细胞外噬菌体滴数的模型。

本研究系统阐明了胆汁作为关键环境信号，通过差异性调节铜绿假单胞菌表面结构和受体可用性，深刻影响细菌适应性生理和噬菌体-宿主相互作用的分子机制。研究发现不仅揭示了胆汁富集环境中细菌适应性进化的受体特异性路径，还为优化胆道感染噬菌体治疗策略提供了重要见解。特别值得注意的是，胆汁对T4P和LPS靶向噬菌体的差异性调节效应提示，在设计针对胆道感染的噬菌体鸡尾酒疗法时，需要充分考虑环境因素对受体可用性的影响。该研究为理解复杂宿主环境中细菌-噬菌体共进化动力学建立了新范式，对开发针对耐药菌感染的新型治疗策略具有重要指导意义。