牛分枝杆菌中mazEF3、relJK和vapBC3基因与抗菌药物耐药性的潜在关联研究

本研究针对牛分枝杆菌（Mycobacterium bovis）的抗生素耐药性问题，通过分析毒素-抗毒素系统（TA系统）中mazEF3、relJK和vapBC3基因的突变特征，揭示了relJ基因突变与利福平耐药性的潜在关联。研究人员采用PCR测序和分子对接技术，发现耐药菌株中relJ基因的D44N突变可增强其与RelK毒素的结合能力，为开发新型耐药标志物提供了理论依据。该成果发表于《BMC Infectious Diseases》，为牛结核病防控及人兽共患病治疗策略优化提供了重要参考。

　　

牛结核病是由牛分枝杆菌（Mycobacterium bovis）引起的重要人兽共患病，不仅造成畜牧业经济损失，更威胁公共卫生安全。随着抗生素的广泛使用，牛分枝杆菌的耐药性问题日益突出，其中利福平（Rifampin）和异烟肼（Isoniazid）作为一线抗结核药物，其耐药机制尚未完全阐明。更令人担忧的是，牛分枝杆菌可通过接触感染动物或食用未灭菌乳制品传播给人类，使得耐药菌株的出现成为全球健康隐患。

在这一背景下，伊朗Razi疫苗与血清研究所联合布阿里西纳大学的研究团队，对牛分枝杆菌中可能参与耐药性形成的毒素-抗毒素系统（Toxin-Antitoxin system, TA系统）展开深入研究。TA系统是细菌应对环境压力的关键遗传模块，其中II型TA系统通过蛋白质互作调控细菌生长停滞和耐药性形成。研究人员特别关注mazEF3、relJK和vapBC3这三个基因家族，因其在结核分枝杆菌复合群中高度保守且与应激反应密切相关。

研究首先从59株牛分枝杆菌临床分离株中鉴定出13株（22%）利福平耐药株和3株（5.1%）异烟肼耐药株。通过多重等位基因特异性PCR（MAS-PCR）检测发现，利福平耐药主要与rpoB基因的516（92.3%）和531（84.6%）位点突变相关，而异烟肼耐药株均同时携带利福平耐药突变，提示多药耐药（MDR）特征。

在技术方法层面，研究团队采用：1）GeneXpert MTB/RIF和pncA基因PCR-RFLP进行菌株鉴定；2）MAS-PCR检测rpoB、katG和inhA基因的耐药相关突变；3）靶向测序分析mazEF3、relJK和vapBC3基因序列；4）AlphaFold和ChimeraX构建蛋白质三维模型；5）HADDOCK 2.4平台进行分子对接模拟。

研究结果
Rifampin and isoniazid resistance in M. bovis isolates
耐药分析显示，rpoB516位点的组氨酸突变为天冬氨酸/亮氨酸/脯氨酸等氨基酸，以及rpoB531位点的丝氨酸突变为色氨酸/半胱氨酸等，通过改变RNA聚合酶结构导致利福平结合能力下降。值得注意的是，所有异烟肼耐药株均呈现多药耐药表型，但katG315和inhA-15突变检出率仅为7.7%和15.4%，提示存在其他耐药机制参与。

mazEF3, relJK, and vapBC3 genes of toxin-antitoxin system type II in M. bovis
基因测序揭示mazEF3和vapBC3在耐药/敏感菌株中完全保守，其编码的MazE3/MazF3和VapB3/VapC3蛋白结构与标准株BCG（CP014566.1）完全一致。而relJ基因在全部耐药株中均存在D44N突变（天冬氨酸→天冬酰胺），分子对接显示突变型RelJ与RelK毒素的结合稳定性（RMSD 8.5±0.3）显著优于野生型（16.7±0.1），静电相互作用能（-544.1 vs -404.7 kcal/mol）和埋藏表面积（2979.2 vs 2429.4 ?²）也显著提升。

讨论与意义
该研究首次发现relJ基因D44N突变与牛分枝杆菌利福平耐药性的特异性关联。天冬酰胺的极性特性可能增强RelJ在酸性吞噬体环境中的稳定性，进而通过强化TA系统调控促进细菌耐药表型。这一发现为开发快速检测耐药菌株的分子标志物提供了新靶点，但需扩大样本量验证其普适性。

研究同时证实mazEF3和vapBC3在牛分枝杆菌中的高度保守性，提示这些TA系统对细菌生存具有不可替代的作用。未来研究可进一步探索relJ基因表达调控机制，以及通过基因敲除验证其在耐药性形成中的因果关联。该成果为理解牛分枝杆菌耐药机制提供了新视角，对制定针对性防控策略具有重要指导价值。