霍乱弧菌中 carRS-ompV-virK 操纵子的神秘面纱:感知抗菌肽并激活多重耐药系统

【字体: 时间:2025年04月22日 来源:Scientific Reports 3.8

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  为探究霍乱弧菌(Vibrio cholerae)对多粘菌素 B(PmB)耐药机制,研究人员开展相关研究。他们发现 ompV 与 carRS、virK 构成操纵子,该操纵子可激活多种耐药系统。此研究揭示了霍乱弧菌耐药新机制,意义重大。

  在细菌与人类的 “战争” 中,抗菌肽作为人体和细菌自身用于抵御感染、竞争生存空间的 “秘密武器”,一直备受关注。多粘菌素 B(PmB)作为一种环状抗菌肽,在治疗多重耐药菌感染方面发挥着关键作用,但细菌对它的耐药问题也日益严重。霍乱弧菌(Vibrio cholerae)作为引发霍乱的 “元凶”,其耐药机制的研究至关重要。此前,虽然已经知道霍乱弧菌的一些耐药机制,如通过 almEFG 降低外膜负电荷来抵抗 PmB,但仍有许多未知之处。为了深入了解霍乱弧菌对 PmB 的耐药机制,来自加拿大蒙特利尔大学等机构的研究人员开展了一系列研究。
研究人员通过转录组分析、突变体构建、基因表达分析、蛋白结构预测等技术方法,对霍乱弧菌进行了深入研究。其中,转录组分析用于筛选在 PmB 作用下差异表达的基因;突变体构建帮助确定相关基因在耐药中的作用;基因表达分析探究基因之间的调控关系;蛋白结构预测则从分子层面揭示蛋白与 PmB 的相互作用机制。

研究结果如下:

  1. ompV 在 PmB 存在下上调:转录组分析表明,在 PmB 存在时,ompV 的表达显著增加,定量 RT-PCR 进一步证实其表达上调 2.92 倍。这一结果提示 ompV 可能与霍乱弧菌对 PmB 的耐药性有关。
  2. ompV 缺失增加细菌对抗菌肽的敏感性:构建 ompV 缺失突变体后发现,该突变体对 PmB 和 LL-37 的敏感性显著增加,最低抑菌浓度(MIC)降低。通过互补实验,恢复 ompV 表达后,细菌对 PmB 的耐药性得以恢复甚至增强,表明 ompV 参与了霍乱弧菌对抗菌肽的耐药过程。
  3. ompV 缺失不影响膜完整性和膜泡(MVs)相关功能:利用荧光探针实验发现,ompV 缺失并不影响细菌细胞膜的完整性。同时,研究表明 ompV 缺失对 MVs 的产生、大小和捕获 PmB 的能力均无显著影响,说明 ompV 在抗菌耐药中的作用并非通过影响膜完整性和 MVs 功能实现。
  4. carRS、ompV 和 virK 构成操纵子且受 PmB 调控:研究发现 carRS(vprAB)、ompV 和 virK 在基因组上紧密相连,通过 PCR 扩增和 RT-qPCR 分析证实它们构成一个操纵子,且在 PmB 存在时,该操纵子的转录水平显著增加。此外,敲除 virK 也会使细菌对 AMPs 更敏感,说明 VirK 同样参与抗菌耐药过程,且 ompV 和 virK 双突变对细菌敏感性无累加效应。
  5. ompV 影响抗菌耐药相关基因 vexAB 的表达:定量 RT-PCR 分析显示,在 PmB 存在下,ompV 缺失会导致 vexAB 表达无法上调,表明 ompV 在调控 vexAB 表达中起着重要作用,进而影响霍乱弧菌对 PmB 的耐药性。
  6. OmpV 的结构特征与功能预测:通过蛋白结构预测发现,OmpV 具有独特的 β - 桶状结构,其侧壁存在一个侧向开口,可通向带负电的口袋,该口袋能够容纳 PmB。分子对接模拟显示 PmB 与 OmpV 有较高亲和力,这表明 OmpV 可能作为 PmB 的传感器,通过与 PmB 结合引发构象变化,激活细胞内的耐药机制。

研究结论表明,ompV 是霍乱弧菌中一个新的抗菌耐药效应因子,carRS - ompV - virK 操纵子能够激活多种耐药系统,包括脂多糖(LPS)修饰系统 almEFG 和 efflux 泵 vexAB。这一发现揭示了霍乱弧菌对抗菌肽的一种新的耐药策略,为开发新型抗菌药物和治疗方法提供了重要的理论依据。同时,研究还发现 OmpV 可能通过直接结合 PmB 并激活相关信号通路来实现耐药调控,这一机制与铜绿假单胞菌中类似系统有相似之处,提示在细菌中可能存在保守的 AMP 信号传导和耐药机制。未来,进一步研究 VirK 在抗菌耐药中的具体作用,以及 CarRS 在 vexAB 调控中的详细机制,将有助于更深入地理解霍乱弧菌的耐药机制,为防控霍乱的传播提供更有效的手段。

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