金黄色葡萄球菌代谢可塑性的关键支撑：冗余异戊二烯生物合成通路的发现

这篇研究揭示了金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)中异戊二烯生物合成通路的冗余机制，发现短链(PDS) IspA和中链PDS HepT通过功能互补维持关键代谢产物的生成。研究证实HepT不仅参与甲基萘醌(MK)合成，还贡献于脂质II前体(Und-P)和血红素预酰化(heme o/a)途径，而双突变体ΔhepT ispA::Tn因呼吸链终端氧化酶QoxABCD和CydAB功能缺陷导致小菌落变异(SCV)表型。该发现为针对异戊二烯通路的抗菌治疗提供了新靶点。

　　

Pigmented ispA::Tn suppressor mutants contain nonsynonymous gain-of-function mutations in hepT
研究团队在筛选金黄色葡萄球菌ispA转座子突变体时，意外发现0.04%的庆大霉素抗性菌落恢复金黄色色素沉着。全基因组测序揭示这些抑制子携带hepT基因错义突变，其中三个独立分离株均存在FARM结构域上游的A72E突变。该突变使HepT获得类似短链PDS的功能，能够合成法尼基焦磷酸(FPP)以恢复金黄色素合成，但突变体仍表现出MK合成缺陷和生长迟缓，提示HepT^A72E可能改变异戊二烯链长特异性。

Disruption of isoprenoid synthesis leads to downstream perturbations
高效液相色谱(HPLC)分析显示，野生型主要产生MK-8(75%)和MK-7(20%)，而ispA突变体MK-8/MK-9产量显著增加。hepT突变体则完全丧失所有MK物种(MK-5至MK-9)的检测信号，同时脂质II前体Und-P和Und-OH水平显著降低。值得注意的是，携带HepT^A72E的抑制子特异性增加短链MK-5产量，但丧失长链MK-8/MK-9合成能力，证实该突变改变了酶促反应的链长偏好性。

Simultaneous inactivation of hepT and ispA induces SCV phenotype
构建ΔhepT ispA::Tn双突变体时发现：尽管预测合成致死，该菌株仍能存活但呈现典型SCV表型。MK-4补充可恢复ΔhepT单突变体的有氧呼吸能力，但对双突变体无效。乳酸产量检测显示双突变体完全依赖发酵代谢，而厌氧条件下补充硝酸盐(KNO₃)和MK-4可恢复其生长，证明呼吸缺陷特异存在于有氧条件。遗传互补实验排除了二次突变的影响，证实表型确由双基因缺失导致。

QoxABCD activity impairment in double mutant
血红素分析揭示：ΔhepT ispA::Tn完全缺失预酰化血红素(heme o/a)，而单突变体仍保留部分活性。有趣的是，MK-4补充能选择性提升ΔhepT和menE::Tn突变体的heme a水平，但对heme o无影响，暗示MK可能调控CtaA/B酶的活性层级。终端氧化酶功能实验证实，QoxABCD失活源于heme o/a缺失，而CydAB功能障碍则因无法利用短链MK-4——构建ΔmenB qoxA::Tn（仅依赖CydAB呼吸）时，MK-4同样无法恢复其生长。

PDS activity supports host colonization
小鼠系统性感染模型显示：ispA突变体在心、肝、肾的定植能力全面下降；hepT突变体则呈现与menC突变体（MK缺陷）相似的器官特异性定植缺陷。这表明异戊二烯通路通过多重机制影响毒力：IspA主要调控金黄色素（抗氧化）和基础代谢，而HepT通过MK合成支持呼吸代谢。值得注意的是，双突变体虽然体外生长严重受损，但仍保持存活，强烈暗示存在第三种PDS（可能为UppS）负责合成维持细胞壁完整性的Und-PP。

讨论与展望
该研究建立了金黄色葡萄球菌异戊二烯合成的"分流模型"：IspA主导色素合成，HepT专司MK生成，而未知第三PDS可能负责必需代谢物脂质II前体的生产。这种代谢分流机制解释了为何ispA/hepT可单独缺失，也为开发靶向不同PDS的联合疗法提供了理论依据。特别值得注意的是，终端氧化酶对MK链长的选择性提示细菌可通过调整异戊二烯链长来精细调控呼吸代谢，这一发现为理解病原体代谢可塑性开辟了新视角。