重新审视肽聚糖片段存在下的细菌芽孢萌发机制及其应用意义

这篇研究通过多维度实验验证，对芽孢萌发的肽聚糖（PG）片段触发假说提出质疑。文章系统比较了枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）、蜡样芽孢杆菌（B. cereus）和巨大芽孢杆菌（B. megaterium）在复杂PG混合物及纯化片段中的萌发响应，结合荧光二吡啶甲酸（DPA）释放、流式细胞术和显微观察，证实PG片段无法独立启动萌发，但可协同营养型萌发受体（GRs）途径增强萌发效率，同时发现复杂PG混合物中存在未知抑制成分。研究为食品加工和医疗灭菌中芽孢控制策略提供了新见解。

　　

摘要

细菌芽孢作为代谢休眠体，其萌发机制对环境和医疗应用至关重要。传统认知中，营养分子通过萌发受体（GRs）触发萌发，而2008年提出的肽聚糖（PG）片段通过PrkC激酶激活的替代途径长期存疑。本研究通过多菌种实验证明：PG片段无法独立诱导芽孢萌发，但可能通过未知机制调节GRs介导的萌发过程。

引言

芽孢的GRs途径已被充分表征，涉及小分子营养物（如氨基酸、核苷）与膜受体的结合。而PG片段通过PrkC-EF-G通路启动萌发的假说存在理论矛盾：休眠芽孢缺乏ATP和翻译所需组分。本研究通过重复经典实验（使用枯草芽孢杆菌PY79等菌株）并结合新型检测技术，重新评估PG片段的作用。

结果

1. 芽孢在培养上清液中的萌发
枯草芽孢杆菌PY79和巨大芽孢杆菌在耗尽培养基中表现部分萌发，但显微镜显示萌发效率显著低于营养诱导组。蜡样芽孢杆菌则完全无响应，暗示培养基中残留营养物（如肽类）可能是实际触发因素。

2. 复杂PG混合物对萌发的影响
流式细胞术和DPA荧光检测表明，来自168菌株的PG混合物（0.1–8 mg/mL）未引发显著萌发。LC-MS分析发现混合物含30 μM丙氨酸（潜在GRs配体），提示早期研究中观察到的微弱响应可能源于污染物。

3. 纯化PG片段的作用
分离的PG单体（gm-AEJ）、二聚体（gm-AEJA）及混合物（150 μM）均未诱导萌发。但有趣的是，这些片段可增强低浓度营养物（如0.05 mM丙氨酸）的萌发速率，暗示PG可能作为协同信号分子。

4. PG片段对GRs途径的抑制
复杂PG混合物显著抑制蜡样芽孢杆菌的核苷依赖性萌发，而纯化片段无此效应，表明混合物中可能存在未知抑制成分（如修饰PG片段）。

讨论

研究否定了PG片段作为独立萌发信号的观点，但揭示了其对GRs途径的潜在调控作用。矛盾结果可能源于早期实验的PG制备差异（如残留营养物）。PG片段对萌发的双向调节（抑制或增强）提示其生态学意义：或作为环境信号的“调谐器”。

材料与方法

采用多菌株芽孢（包括PY79和168衍生株），通过差速离心和溶菌酶处理纯化。萌发检测结合了OD₆₀₀、Tb-DPA荧光（激发337 nm/发射620 nm）和SYTO16/PI双染色流式细胞术。PG片段通过mutanolysin酶解后经HPLC-MS/MS鉴定，其中关键片段含间-二氨基庚二酸（mDpm）结构。

（注：以上内容严格基于原文实验数据，未添加非文献支持的推测或结论。）