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为探究淋病奈瑟菌（Neisseria gonorrhoeae）中 LtgA 对细胞过程的影响，研究人员对比野生型和 ltgA 基因敲除突变株。结果发现突变株中参与 UDP - GlcNAc 合成的基因转录增加，且对多种抗菌物质更敏感。该研究为抗菌策略开发提供新思路。
在当今社会，性传播疾病一直是全球公共卫生领域的一大挑战，淋病就是其中一种常见且危害较大的疾病。淋病由淋病奈瑟菌（Neisseria gonorrhoeae）引起，这种革兰氏阴性菌专门在人类中致病，引发淋病感染。随着时间推移，淋病的传播态势愈发严峻，全球每年感染人数超过 1 亿 6 千万。更为棘手的是，抗生素耐药问题日益严重，传统上用于治疗淋病的许多廉价抗生素，像青霉素、四环素等，如今都因耐药机制而失效。目前的抗生素治疗方案不仅价格昂贵，在一些贫困国家还难以获取，而且其最低抑菌浓度在过去十年大幅上升。若淋病感染得不到及时治疗，还会引发如盆腔炎、异位妊娠、不孕不育等更为严重的疾病，给患者带来极大的痛苦和健康风险，所以迫切需要深入了解淋病奈瑟菌的致病机制，寻找新的抗菌策略。
在此背景下，来自美国多所大学（北卡罗来纳中央大学、威斯康星大学麦迪逊分校、北卡罗来纳大学教堂山分校、阿拉巴马州立大学）的研究人员开展了相关研究。他们聚焦于淋病奈瑟菌中一种名为裂解转糖基酶 A（Lytic transglycosylase A，LtgA）的物质，探究其对细胞过程的影响。研究发现，缺失 ltgA 基因的淋病奈瑟菌突变株，在正常生长条件和暴露于青霉素后，参与 UDP - N - 乙酰葡糖胺（UDP - GlcNAc）合成的基因转录显著增加。此外，ltgA 突变株对 β - 内酰胺类抗生素、万古霉素以及人源抗菌肽 LL - 37 的敏感性增强。该研究揭示了淋病奈瑟菌应对细胞壁压力和抗生素处理的重要适应性机制，为开发新的抗菌疗法提供了潜在的靶点和思路，对解决淋病治疗难题具有重要意义，相关成果发表在《Current Microbiology》杂志上。
研究人员在实验过程中运用了多种关键技术方法。首先是二维凝胶电泳（2DGE），通过该技术分离淋病奈瑟菌野生型和突变株的蛋白质，对比分析不同生长阶段蛋白质表达的差异；其次是定量实时 RT - PCR 技术，用于检测相关基因的转录水平变化；还使用了抗生素敏感性试验和抗菌肽敏感性试验，评估菌株对抗生素和抗菌肽的敏感性；另外，对放射性标记的脂寡糖（LOS）和肽聚糖（PG）进行纯化，研究 GlcNAc 在其中的掺入情况。
LW9279 具有改变的蛋白质表达谱
研究人员构建了 FA19 ?ltgA（LW9279）突变株，通过 2DGE 和质谱分析，发现 LW9279 中有 7 种蛋白质表达增加，其中 4 种参与维持 UDP - GlcNAc 水平，它们分别是 L - 谷氨酰胺：D - 果糖 - 6 - 磷酸酰胺转移酶 b（GlmS）、假定的谷氨酰胺转运蛋白（orf NG0373）、N - 乙酰葡糖胺 1 - 磷酸尿苷酰转移酶（GlmU）和尿嘧啶磷酸核糖基转移酶（UprT）。这些蛋白质参与 UDP - GlcNAc 的合成过程，GlmS 利用谷氨酰胺将果糖 - 6 - 磷酸（Fru - 6 - P）转化为葡糖胺 - 6 - 磷酸（GlcN - 6 - P） ，GlmU 和 UprT 负责将 GlcN - 1 - P 最终转化为 UDP - GlcNAc 。
LtgA 对淋病奈瑟菌细胞壁合成基因的调控
通过 qRT - PCR 实验，研究人员发现，在 LW9279 和 KC100（MS11 ?ltgA）的稳定期培养物中，glmS、glmU 和 NG0373 的转录水平显著高于野生型菌株。在 ltgA 互补菌株 KH599 中，诱导 ltgA 基因表达后，这些基因的 mRNA 水平恢复到接近野生型。此外，双敲除菌株 KH560（ltgA 和 ltgD 缺失）中，glmS 和 uprT 的 mRNA 也有所增加，表明 PG 回收可能影响 UDP - GlcNAc 合成相关基因的表达。
UDP - GlcNAc 对氨基糖和嘧啶基因表达的影响
向 KC100 中添加 50 mM UDP - GlcNAc 后，NG0373、glmS、glmU 和 uprT 的 mRNA 水平下降，甚至低于野生型 MS11 的水平，且对生长无明显影响。这表明由于 ltgA 失活导致的 PG 回收变化，使细菌从回收 PG 片段获取 UDP - GlcNAc 转变为从头合成，以维持 UDP - GlcNAc 水平，满足 PG 和 LOS 生物合成的需求。
LtgA 突变体中 PBP 1 的转录增加
青霉素结合蛋白 1（PBP 1）由 ponA 基因编码，参与新的肽聚糖合成。研究发现，ltgA 敲除菌株中 ponA 基因上调，通过 β - 半乳糖苷酶活性检测和 RT - PCR 实验得以证实。这表明 ltgA 缺失不仅影响 UDP - GlcNAc 合成相关基因，还影响肽聚糖合成酶的表达。
野生型和 ltgA 突变体中 GlcNAc 掺入 PG 和 LOS 的情况
用 [6 - 3H] 葡糖胺对 MS11 和 KC100 进行代谢标记，纯化 LOS 和 PG 后发现，两者在 [6 - 3H] 葡糖胺掺入量上无差异，说明 MS11 和 KC100 中 UDP - GlcNAc 池的水平相似，KC100 中相关基因表达的增加共同维持了 UDP - GlcNAc 池的正常水平，确保了 LOS 和 PG 合成的前体供应。
青霉素处理增加氨基糖和嘧啶生物合成基因的表达
用亚致死浓度的青霉素 G 处理 MS11 和 KC100，发现青霉素处理后，MS11 细胞中 glmS 和 uprT 的 mRNA 转录分别增加 3.6 倍和 4 倍，KC100 中分别增加 9 倍和 7 倍，且两者的增加具有加和性。这表明淋病奈瑟菌对细胞壁重塑变化（如 ltgA 缺失）和正常 PG 合成抑制（如亚致死青霉素处理）均会通过增加 UDP - GlcNAc 合成相关基因的表达产生适应性反应。
ltgA 突变株对抗菌剂的敏感性增加
ltgA 突变株（LW9279 和 KC100）对 β - 内酰胺类抗生素、万古霉素和 LL - 37 的敏感性增加，而对红霉素的敏感性无显著差异。KH599 在诱导 ltgA 表达后，β - 内酰胺类抗生素敏感性恢复到野生型水平。ltgA 突变株对万古霉素和 LL - 37 敏感性增加，可能是由于细胞包膜结构改变使其更具渗透性，但 LOS 分析显示 MS11 和 KC100 的 LOS 在量、迁移率和迁移距离上无差异。
综上所述，该研究表明淋病奈瑟菌中 ltgA 基因缺失会导致参与 UDP - GlcNAc 合成的基因转录增加，这是对细胞壁压力和青霉素诱导处理的适应性反应。这种适应性反应确保了 LOS 和 PG 合成所需的 UDP - GlcNAc 水平，同时揭示了细胞壁压力与抗生素耐药机制之间的潜在联系。此外，ltgA 突变株对抗菌剂敏感性的改变，也为理解细菌细胞壁合成、PG 回收和抗生素耐药性之间的复杂相互作用提供了新的视角。研究结果提示，针对这些适应性机制开发新的抗菌疗法可能是应对淋病奈瑟菌感染的有效策略，有望为解决淋病治疗难题开辟新的道路，对全球公共卫生领域具有重要的理论和实践意义。
