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在细菌耐药问题日益严峻的当下，研究人员针对 Enterococcus faecium Aus0004 等五种致病菌，开展细菌应激反应研究。通过构建蛋白 - 蛋白相互作用网络（PPIN）等方法，找到 31 个关键蛋白及 20 条相关通路，为研发新型抗菌药物提供方向。
在微观的细菌世界里，细菌为了生存演化出了各种应对环境压力的机制。当面临温度变化、酸碱度改变、营养匮乏以及抗生素等多种压力时，细菌能够巧妙地调整自身状态。然而，这对于人类健康而言却并非好事。一些原本无害的细菌在压力环境下可能变得具有致病性，而致病菌则能借此逃避人体免疫系统的攻击，还会产生抗生素耐药性，这给临床治疗带来了极大的挑战。在医院和社区中，由 Enterococcus faecium（屎肠球菌）、Staphylococcus aureus subsp. aureus（金黄色葡萄球菌）、Klebsiella pneumoniae（肺炎克雷伯菌）、Pseudomonas aeruginosa（铜绿假单胞菌）和 Mycobacterium tuberculosis（结核分枝杆菌）等机会致病菌引起的感染愈发常见，且由于它们的耐药特性，感染治疗难度不断增加。因此，深入了解细菌的应激反应机制，寻找有效的干预靶点，成为了亟待解决的问题。
为了攻克这一难题，来自 Netaji Subhas University of Technology（现已知其为印度的大学，在此按要求不写英文名称）的研究人员展开了一项极具意义的研究。他们运用网络生物学方法，对上述五种新兴的机会致病菌的应激反应进行了深入剖析。研究人员通过构建蛋白 - 蛋白相互作用网络（Protein - protein interaction network，PPIN）等一系列实验，发现了 31 个在这些细菌应激反应中起到关键作用的核心蛋白。这些蛋白参与了 DNA 修复、生物分子合成、能量代谢等多个重要的细胞过程。同时，研究还识别出 20 条在应激反应中发挥作用的共同代谢通路，其中碳代谢通路与其他通路的相互作用最为密切。这一研究成果发表在《Scientific Reports》上，为开发新型抗菌药物和治疗策略提供了重要的理论依据，有望帮助人类更好地应对细菌感染带来的威胁。
在研究过程中，研究人员主要运用了以下关键技术方法：首先，从基因表达综合数据库（GEO）中筛选出相关致病菌在不同应激条件下的基因表达数据，以此确定差异表达基因（Differentially expressed genes，DEGs）；接着，利用 STRING 和 Cytoscape 软件，基于 DEGs 构建 PPIN，并进行拓扑分析，从而识别出网络中的枢纽节点和瓶颈节点；最后，借助 KOBAS 3.0 工具对富集通路进行注释和识别。
下面详细介绍研究结果：
- 拓扑分析：研究人员分析了五种细菌在十种应激条件下的情况，构建并合并网络得到五个最终的应激反应 PPIN。对这些网络的拓扑特征分析发现，它们都具有无标度特性，且实际网络的平均聚类系数远高于随机网络，表明构建的网络具有生物学意义。同时，枢纽 - 瓶颈节点形成了高度连接的子网，进一步验证了网络的完整性。
- 中心蛋白：通过计算最终生成网络中的枢纽、瓶颈和中心蛋白数量，研究人员发现五个细菌应激反应网络中存在 31 个共同的中心蛋白。这些蛋白在 DNA 修复、生物分子合成等多种细胞过程中发挥作用。对这 31 个蛋白在个体应激反应网络中的分析显示，它们在大多数网络中都处于中心地位。
- 交叉验证：将这 31 个中心蛋白与大肠杆菌（Escherichia coli）交叉应激（Cross - stress，CS）反应数据集构建的 CS - PPIN 进行比较，发现其中 29 个蛋白在 CS - PPIN 中也是中心蛋白，且研究中识别出的 20 条富集通路中有 14 条在 CS - PPIN 中也显著富集。
- 富集通路：研究识别出 20 条在五种细菌中共同的应激反应通路，这些通路在正常和应激条件下参与生物膜形成、信号分子合成、氨基酸生物合成、氧化还原平衡维持以及抗生素抗性发展等过程。其中，碳代谢通路在通路串扰分析中表现突出，与其他通路的相互作用最多。
在研究结论和讨论部分，研究人员确定了一组在五种细菌应激反应中起核心作用的蛋白和共同通路。这些蛋白大多属于 RpoS 介导的一般应激调节子，同时也受其他应激反应系统的调控。例如，RecA 参与 DNA 损伤诱导的 SOS 反应，对细菌的群体运动、生物膜形成和抗生素抗性传播有重要影响；dnaK 是热休克应激反应的关键成分，参与多种细胞过程和抗菌抗性。此外，研究还发现碳代谢通路在细菌应激反应中至关重要，可能是潜在的抗菌靶点。通过对这些核心蛋白和通路的研究，为开发新型广谱抗生素或佐剂提供了潜在的靶点，有助于克服细菌的多药耐药性，对有效对抗细菌感染具有重要意义。
