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研究人员为探究 Borrelia burgdorferi 中 HtrA 的作用，开展系列研究，发现其调控应激反应等，意义重大。
莱姆病（Lyme disease，LD）是一种由蜱虫传播的传染病，在全球范围内，尤其是美国，其发病率不容小觑，每年约有 47.6 万新发病例，已然成为该国最常见的蜱传疾病之一。早期的莱姆病使用抗生素治疗效果较好，但如果未能及时发现并治疗，发展到晚期，将会给患者带来诸如慢性关节炎、认知障碍等长期的健康问题。更为棘手的是，部分患者对抗生素治疗不敏感，还会出现治疗后莱姆病综合征（PTLDS），这无疑给患者和医疗系统都带来了沉重的负担。
在莱姆病的病原体 —— 伯氏疏螺旋体（Borrelia burgdorferi）的复杂生活周期中，它需要在节肢动物媒介和哺乳动物宿主之间交替生存，而在这个过程中，伯氏疏螺旋体必须进行一系列转录组、蛋白质组和代谢的改变，以适应不同宿主环境。其中，蛋白酶在维持细菌蛋白质稳态方面发挥着重要作用，高温需求蛋白酶 A（High-temperature requirement protease A，HtrA）便是其中关键的一类。此前的研究虽对 HtrA 有所探索，但仍存在诸多空白，例如缺乏完整的表型互补研究，且多使用过表达菌株而非突变体来探究其功能。为了填补这些空白，来自弗吉尼亚联邦大学（Virginia Commonwealth University）和耶鲁大学（Yale University）的研究人员开展了深入研究，相关成果发表在《Communications Biology》杂志上。
研究人员运用了多种关键技术方法。在基因分析方面，采用 5'-RACE 技术精准定位 htrA 基因的转录起始位点，从而确定其启动子；借助免疫印迹分析，检测不同菌株中蛋白的表达情况；利用 cryo-ET（冷冻电镜断层扫描）技术，直观观察细菌鞭毛的结构变化。同时，通过构建突变体和互补菌株，并进行小鼠感染实验，来探究 HtrA 对伯氏疏螺旋体感染性的影响。
在研究结果部分，首先是 htrA 突变体及其等基因互补菌株的分离。研究人员构建了 htrA 基因的框内缺失突变体 ΔhtrA，并尝试使用不同的启动子进行互补。然而，最初使用 pflgB 和 pflaB 启动子的互补菌株均未能在小鼠中建立感染，即便这些菌株中 HtrA 蛋白的表达已成功恢复。这表明 HtrA 的表达时机和水平对伯氏疏螺旋体的致病性至关重要，需要精准调控。
接着是 bb0104 启动子的定位。通过 5'-RACE 技术和转录报告基因分析，研究人员确定了 htrA 基因上游存在一个活性启动子 p104。并且发现，在缺乏 BosR 和 RpoS 这两种调控因子时，p104 的启动子活性显著降低，这意味着 BosR 和 RpoS 参与了 BbHtrA 表达的调控过程。
随后，利用天然启动子进行互补实验，成功恢复了 ΔhtrA 在小鼠中的感染性。这是首次实现 htrA 突变体感染性完全恢复的报道，进一步证实了天然启动子对 HtrA 表达调控的重要性。同时，研究还发现不同互补菌株中关键毒力因子的表达存在差异，再次强调了天然启动子在调控伯氏疏螺旋体感染性方面的关键作用。
在 BbHtrA 的差异表达研究中，研究人员发现 BbHtrA 在不同生长条件下表达水平不同。在模拟未进食蜱虫环境（23°C/pH 7.4）时表达量最高，在模拟哺乳动物宿主环境（37°C/pH 6.8）时表达量最低。这表明 BbHtrA 的表达受到其天然启动子的严格调控，且可能在蜱虫媒介中发挥更为重要的作用。
关于 ΔhtrA 突变体的生长情况，研究显示，该突变体在进入对数中期后生长速率明显下降，尤其是在高温环境下，细胞数量与野生型相比存在显著差异。同时，突变体还出现了细胞死亡增加和形态改变的现象，这表明 BbHtrA 对维持伯氏疏螺旋体在高温下的正常生长和形态发生至关重要。
在运动性和趋化性方面，ΔhtrA 突变体表现出明显的缺陷。游泳平板实验和细菌细胞追踪分析表明，该突变体的运动能力显著减弱，无法像野生型和互补菌株那样形成正常的游泳环。免疫印迹分析发现，突变体中一些趋化蛋白的表达显著降低，这可能是导致其趋化性减弱的原因。
此外，研究还发现 ΔhtrA 突变体的鞭毛稳态被破坏。cryo-ET 分析显示，突变体中约 60% 的细胞含有较短且错位的鞭毛丝，无法形成正常的带状结构，进而影响了细菌的运动能力。
最后，在对调控蛋白和毒力因子的研究中，发现 ΔhtrA 突变体中 BosR 和 RpoS 的表达显著降低，这导致了 RpoS 调控的毒力因子如 OspC 和 DbpA 的表达也相应下调。同时，其他蛋白酶的表达也受到影响，这表明 BbHtrA 可能通过调节其他蛋白酶的表达，间接影响伯氏疏螺旋体的毒力和感染性。
综上所述，本研究深入探究了 Borrelia burgdorferi 中 HtrA 的功能，发现其在调控细菌应激反应、运动性、鞭毛稳态和感染性等方面发挥着至关重要的作用。这不仅填补了此前对 HtrA 研究的空白，还为理解伯氏疏螺旋体的致病机制提供了新的视角。未来，通过对 WT、ΔhtrA 和完全互补菌株的蛋白质组分析，有望进一步揭示 HtrA 影响的新靶蛋白，为莱姆病的防治提供更坚实的理论基础。
