大肠杆菌Keio基因敲除库全基因组筛选揭示epetraborole超敏性的遗传决定因素

这篇研究通过全基因组筛选（GWS）系统鉴定了大肠杆菌Keio基因敲除库中epetraborole（EP）超敏性的遗传决定因素，揭示了EP靶向亮氨酰-tRNA合成酶（LeuRS）的抑制作用与亮氨酸合成（leuD）、tRNA修饰（trmU）、RNA周转（rnb）、泛醌合成（ubiG）等通路的协同效应，为开发针对多重耐药（MDR）革兰阴性菌的联合疗法提供了新策略。

　　

引言

抗生素耐药性危机催生了以硼为核心结构的新型抗菌剂研发。Epetraborole（EP）作为靶向亮氨酰-tRNA合成酶（LeuRS）的硼化抗生素，通过阻断tRNA^Leu
氨酰化抑制蛋白质合成，对耐多药（MDR）革兰阴性菌展现出独特活性。然而，其遗传敏感性机制尚未阐明。本研究利用大肠杆菌Keio基因敲除库（3,985个非必需基因缺失株），首次系统解析了EP超敏性的分子基础。

材料与方法

采用梯度浓度EP（0-4 μg/mL）筛选Keio库突变体，通过斑点试验和互补实验验证表型。生物信息学分析整合Omics Dashboard通路注释、DAVID功能富集（FDR<0.1）及STRING蛋白互作网络（置信度>0.7），揭示关键功能模块。

结果

1. 全基因组筛选鉴定EP超敏突变体
44个突变体被划分为高度敏感（HS，8株）、中度敏感（MS，34株）和低敏感（LS，2株）。代表性基因包括：

• leuD：亮氨酸合成限速酶，缺陷导致翻译停滞
• trmU/mnmA：tRNA wobble尿苷硫醇化酶，影响密码子识别
• rnb：RNA酶II缺陷扰乱tRNA^Leu
  成熟
• ubiG：泛醌合成障碍引发氧化应激
• yhbY：核糖体组装因子缺失加剧翻译崩溃

2. 互补实验验证机制
质粒回补成功恢复Δrnb、ΔleuD、ΔtrmU等突变体的EP抗性，但ΔpncA（NAD补救途径）和ΔartJ（精氨酸转运）未能恢复，提示存在非直接调控。

3. 通路分析揭示协同靶点

• tRNA稳态网络：trmU、rnb、leuD共同影响tRNA^Leu
  功能
• 氧化还原失衡：ubiG缺陷导致电子传递链崩溃
• 应激响应枢纽：envZ（渗透压感应）、cusR（铜抗性）等双组分系统基因富集

讨论

代谢脆弱性放大EP效应
leuD突变引发的亮氨酸饥饿与EP的LeuRS抑制形成"双重打击"，而trmU缺失导致tRNA^Leu
结构异常，使LeuRS更易被EP结合。ubiG缺陷株的EP超敏性印证了氧化应激与翻译抑制的致命协同效应。

临床转化潜力
EP与诺氨酸（norvaline）的已知协同性，以及本研究发现的tRNA修饰通路（如trmU）保守性，为治疗分枝杆菌感染（如脓肿分枝杆菌）提供了组合靶点。

结论

该研究绘制了EP超敏性的基因-通路图谱，阐明其通过干扰tRNA稳态、翻译保真度和氧化还原平衡发挥抗菌作用。针对leuD、trmU等靶点的联合干预策略，有望突破MDR革兰阴性菌的治疗瓶颈。