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肺炎克雷伯菌（Klebsiella pneumoniae）在临床感染中日益严峻，木糖对其生长、毒力和抗菌药敏性影响不明。研究人员开展木糖压力下肺炎克雷伯菌的研究，发现木糖影响其生长、降低毒力和庆大霉素最低抑菌浓度（MIC）等。为理解其机制提供依据。
在微生物的奇妙世界里，肺炎克雷伯菌作为一种常见的致病菌，时刻威胁着人类的健康。它能在人体多个部位 “安营扎寨”，引发各种感染，尤其是近年来其耐药性问题愈发严重，让临床治疗面临巨大挑战。木糖，作为植物半纤维素的主要成分，广泛存在于自然界，它不仅在工业生产中有着重要用途，还会进入人体胃肠道被肠道微生物代谢。然而，木糖对肺炎克雷伯菌的影响却充满谜团，它如何影响肺炎克雷伯菌的生长、毒力以及抗菌药敏性，一直是科学界亟待解决的问题。为了揭开这些谜团，南京工业大学和深圳南山人民医院（深圳大学附属南山医院）的研究人员开展了一项深入研究，相关成果发表在《BMC Microbiology》杂志上 。
研究人员运用了多种关键技术方法。通过全基因组测序，深入探究木糖诱导菌株的基因变化；采用蛋白质组学分析，全面了解不同菌株在木糖处理后的蛋白质表达差异；借助膜去极化测定，研究细胞膜完整性的变化；利用肺炎克雷伯菌浮游生长曲线和菌落形成单位计数实验，监测其生长情况；运用棋盘法检测木糖与抗生素的协同抗菌活性；通过丝线试验和大蜡螟（Galleria mellonella）感染模型评估菌株毒力 。
肺炎克雷伯菌在木糖压力下的浮游生长适应性
研究人员将肺炎克雷伯菌标准菌株 K2044 和临床分离株 EKP19、EKP108，置于含有不同浓度木糖的培养基中培养，观察其浮游生长曲线。结果发现，不同菌株对木糖浓度的反应各不相同。低浓度木糖（≤2%）对 K2044 的浮游生长有促进作用，且呈浓度依赖性，在 1% - 2% 木糖浓度时生长达到峰值，4% 和 8% 木糖则抑制其生长。EKP108 在 4% 木糖时生长最佳，0.25% 和 0.5% 木糖对其生长无明显影响，8% 木糖抑制生长。EKP19 在 0 - 1% 木糖浓度范围内，虽能提前进入指数生长期，但对数生长期结束时 OD 值相近，4% 和 8% 木糖显著抑制其生长 。
进一步研究发现，经过 60 次传代筛选出的木糖诱导菌株，生长适应性也有差异。K2044 - 8Xyl - 60G 在高木糖浓度（4%、8%）下，对数生长期最长，OD 值最高，菌落形成单位（CFU）在 24h 时也显著高于其他组，展现出对木糖的良好适应性。而 EKP108 和 EKP19 的木糖诱导菌株，在不同木糖浓度下生长曲线与原菌株相似，适应性变化不明显 。
木糖压力对肺炎克雷伯菌抗菌药敏性和毒力的影响
研究人员测定了不同木糖浓度处理后，肺炎克雷伯菌对常用抗生素的最低抑菌浓度（MIC）。结果显示，木糖处理降低了 K2044、EKP108 和 EKP19 对庆大霉素的 MIC，但对美罗培南和头孢曲松的 MIC 无显著影响。进一步分析发现，木糖浓度升高，庆大霉素 MIC 略有增加，但无明显规律。通过棋盘法检测，发现木糖与庆大霉素之间无显著协同抗菌作用 。
在毒力方面，研究人员通过丝线试验和大蜡螟感染模型进行评估。丝线试验结果表明，木糖处理缩短了 K2044 - 0.5Xyl - 60G 和 K2044 - 8Xyl - 60G 的丝线长度，提示毒力下降。大蜡螟感染模型显示，2% 和 8% 木糖处理后，感染 K2044、K2044 - 8Xyl - 60G、K2044 - 0.5Xyl - 60G 以及 EKP19 - 8Xyl - 60G、EKP19 - 0.5Xyl - 60G 的大蜡螟存活率显著提高，表明木糖暴露降低了肺炎克雷伯菌的毒力 。
木糖诱导肺炎克雷伯菌的基因突变和蛋白质组学分析
对 K2044 - 8Xyl - 60G 进行全基因组测序，与 K2044 对比，发现有 25 个碱基突变位点，但大多在基因间片段，仅有 1 个同义突变，未引起氨基酸改变。这表明高浓度木糖长期作用对细菌 DNA 合成影响较小 。
蛋白质组学分析显示，8% 木糖处理的 K2044 - 8Xyl - 60G 有 392 种蛋白质表达差异。上调的 178 种蛋白质主要参与糖酵解、磷酸戊糖途径、跨膜运输等过程；下调的 214 种蛋白质与碳代谢和核糖体功能相关。其中，参与木糖代谢途径的关键蛋白 TktA、GapA、Ppk、XylA 和 XylB 等表达上调，这有助于解释 K2044 - 8Xyl - 60G 在木糖环境中的高效生长机制 。
敲除 XylA 和 XylB 对肺炎克雷伯菌浮游生长适应性的影响
研究人员构建了 K2044 - ΔxylA 和 K2044 - ΔxylB 敲除菌株。实验结果表明，K2044 - ΔxylB 在≤4% 木糖浓度下，浮游生长能力下降；在 8% 木糖浓度下虽能提前进入对数生长期，但 17h 后生长速率明显降低。而 K2044 - ΔxylA 在≤2% 木糖浓度下生长模式与 K2044 相似，在 4% 和 8% 高木糖浓度下，浮游生长显著增强 。这说明在高木糖浓度环境中，xylA 基因敲除对肺炎克雷伯菌浮游生长适应性有促进作用，而 xylB 基因敲除则抑制生长 。
XylA 和 XylB 对肺炎克雷伯菌毒力和膜完整性的影响
大蜡螟感染模型显示，感染 K2044 - ΔxylA 的大蜡螟存活率在 72h 后仍保持 100%，而感染 K2044 - ΔxylB 的大蜡螟存活率与 K2044 相近，表明敲除 xylA 基因显著降低了肺炎克雷伯菌的毒力，而敲除 xylB 基因对毒力影响较小 。
通过膜去极化测定发现，木糖处理后，K2044 - ΔxylA 和 K2044 - ΔxylB 的膜去极化程度均显著高于 K2044，且 K2044 - ΔxylB 在 2% 或 8% 木糖浓度下膜去极化程度更高，这表明 xylA 和 xylB 基因的缺失影响了肺炎克雷伯菌的细胞膜完整性 。
XylA 和 XylB 敲除肺炎克雷伯菌的蛋白质组学响应
蛋白质组学分析发现，K2044 - ΔxylA 与 K2044 相比，有 153 种蛋白质表达差异。上调的蛋白质与核糖体功能、丙酮酸代谢和碳代谢相关，下调的蛋白质主要涉及碳代谢、磷酸转移酶系统（PTS）等，且荚膜多糖（CPS）生物合成蛋白和菌毛蛋白表达下调，这与 K2044 - ΔxylA 毒力降低相呼应 。
K2044 - ΔxylB 与 K2044 相比，有 474 种蛋白质表达差异。上调的蛋白质参与微生物代谢、碳代谢等过程，下调的蛋白质与柠檬酸循环、碳代谢等有关，且部分代谢相关基因和菌毛蛋白等表达下调，表明 xylB 基因影响木糖代谢和膜功能 。
研究结论表明，高浓度木糖（8%）抑制肺炎克雷伯菌（K2044、EKP19 和 EKP108）的浮游生长，暗示富含木糖的饮食可能影响其在宿主胃肠道的定植。持续木糖压力下，K2044 - 8Xyl - 60G 浮游生长能力提升，且未引起功能蛋白氨基酸突变。木糖降低肺炎克雷伯菌对庆大霉素的 MIC，不影响对美罗培南和头孢曲松的药敏性，同时降低 K2044 的毒力。敲除 xylA 基因促进肺炎克雷伯菌在高木糖浓度下生长并降低毒力，xylB 基因敲除则抑制生长，二者在木糖代谢中发挥不同作用 。
这项研究为理解木糖对肺炎克雷伯菌的影响提供了重要理论依据，有助于深入探究肺炎克雷伯菌在含木糖环境中的生存机制，为防控肺炎克雷伯菌感染提供了新的思路和潜在靶点，对临床治疗和公共卫生具有重要意义 。
