大肠杆菌中DigH糖基水解酶在子代细胞分离中的条件性需求及其机制研究

这篇研究揭示了大肠杆菌(E. coli)中DigH糖基水解酶在裂解转糖基酶(LTs)缺失条件下对子代细胞分离的关键作用。通过构建ΔLT突变体(缺失mltACDE/slt/rlpA基因)，发现其因积累裸露糖链(dnGs)形成细胞链状结构，而自发抑制突变体ΔLTsup 通过20.9 kb染色体缺失(包含蛋白酶Prc基因)恢复杆状形态。研究证实Prc-NlpI系统通过调控DigH等水解酶活性降解dnGs，其中DigH的缺失导致ΔLT细胞完全丧失分裂能力。该发现深化了对肽聚糖(PG)重塑机制的理解，为细菌分裂调控提供了新视角。

　　

细菌细胞壁重塑的关键角色

在革兰氏阴性菌如大肠杆菌中，肽聚糖(PG)细胞壁作为维持形态和渗透压保护的关键结构，其动态重塑过程涉及多种水解酶的协同作用。近期研究发现，糖基水解酶DigH在特定条件下成为子代细胞分离的必需因子，这一发现填补了PG降解机制的重要空白。

裂解转糖基酶缺失引发的形态缺陷

研究团队构建了缺失六种裂解转糖基酶(LTs)和假酶RlpA的ΔLT突变株(ΔmltACDEΔsltΔrlpA)。该突变体因无法降解由酰胺酶产生的裸露糖链(dnGs)，形成3-8个细胞组成的短链结构，且单个细胞单元长度缩短。通过流式细胞术检测，ΔLT细胞的平均大小(2789 AU)显著大于野生型(1511 AU)，证实其形态异常。

自发抑制突变体的遗传学解析

在38.5℃高温筛选下获得的ΔLT^sup
抑制株表现出三个关键特征：非粘液状菌落、恢复杆状形态、细胞尺寸回归野生型水平。全基因组测序揭示其携带20.9 kb的染色体缺失(1903026-1924018 bp)，涉及26个基因，包括蛋白酶Prc。实验证实ΔLTΔprc和ΔLTΔnlpI突变体均能逆转链状表型，而回补prc基因则重新诱发形态缺陷，说明Prc-NlpI蛋白水解系统的失活是抑制表型的分子基础。

多层级水解酶的功能网络

进一步研究发现，Prc通过调控多种PG水解酶的稳定性发挥作用：

1. 缺失mltB导致轻度链化
2. 缺失mltG或内肽酶MepS引起细胞膨大和分支
3. 缺失dnGs特异性水解酶DigH则完全阻断分裂，形成超长细胞链

值得注意的是，ΔLTΔdigH突变体不仅呈现严重形态缺陷，还伴随培养液中的絮凝现象，暗示DigH在维持细胞表面特性中的额外作用。

DigH的时空特异性功能验证

通过GFP标记的DamX^SPOR
结构域(特异性结合dnGs)进行定位分析，发现：

• 野生型细胞中荧光信号集中于分裂位点
• ΔLT细胞信号强度增加2倍
• ΔLTΔdigH细胞呈现更弥散的荧光分布

该结果证实DigH缺失导致dnGs在分裂隔膜处异常累积，从空间分布角度支持其降解功能。

进化和应用视角的讨论

研究提出细菌可能通过染色体重组(如ΔLT^sup
的缺失突变)快速适应环境压力。在LTs活性受限时，Prc调控网络的改变可激活DigH等备用水解酶。这种"酶功能冗余-条件必需"的调控模式，为开发新型抗菌药物(如针对dnGs降解通路的抑制剂)提供了理论依据。

技术方法的创新性

研究结合了：

• 纳米孔长读长测序定位大片段缺失
• 流式细胞术量化细胞尺寸变化
• 荧光蛋白示踪技术解析酶底物分布

多组学方法的整合为细菌细胞生物学研究树立了新范式。

该成果不仅阐明DigH在PG重塑中的条件性核心作用，更揭示了细菌应对酶缺陷的进化策略，对理解病原菌耐药机制具有重要启示。