ROS驱动的生物膜铠甲：揭示水生病原体爱德华氏菌（Edwardsiella piscicida）通过氧化应激促进生物膜形成的分子机制

为解决水生病原体爱德华氏菌（Edwardsiella piscicida）在氧化应激下生物膜形成的分子机制不明问题，研究人员通过构建硫氧还蛋白系统突变体ΔtrxAC，发现ROS升高通过调控c-di-GMP信号通路（抑制磷酸二酯酶YhjH表达）促进纤维素合成基因表达和生物膜形成，同时揭示了ROS对细菌致病性的双重影响。该研究为水产养殖中病原防控提供了新靶点。

　　

在水产养殖业中，爱德华氏菌（Edwardsiella piscicida）引发的疾病每年造成数十亿元经济损失。这种病原体的"隐形武器"——生物膜，能帮助细菌抵抗宿主免疫和抗生素攻击，但其形成机制尤其是氧化应激下的调控路径仍是未解之谜。更棘手的是，环境中普遍存在的活性氧（ROS）既是宿主的防御武器，又可能被细菌"反利用"来增强毒力，这种矛盾现象背后的分子机制亟待揭示。

中国热带农业科学院热带生物技术研究所的科研团队在《Aquaculture》发表的研究，首次解开了这个"生物膜铠甲"的组装密码。研究人员通过构建硫氧还蛋白系统（Trx）双突变体ΔtrxAC，结合基因互补、信号分子检测和启动子活性分析等技术，发现ROS通过"信号劫持"策略激活了细菌的生物膜防御程序：升高的ROS水平会抑制调控因子FliA，进而下调磷酸二酯酶YhjH的表达，导致第二信使c-di-GMP积累，最终激活纤维素合成基因（bcsA等）表达。令人意外的是，这种氧化应激诱导的生物膜形成竟与细菌毒力呈现"此消彼长"的关系——突变体在宿主内的增殖能力减弱，但溶血活性（与生物膜相关的毒力特征）却显著增强。

主要技术方法
研究采用ΔtrxAC突变体模拟内源性ROS升高状态，通过β-半乳糖苷酶报告系统检测yhjH启动子活性，qPCR分析基因表达，HPLC定量c-di-GMP水平，结晶紫染色评估生物膜形成能力，并建立斑马鱼感染模型评估致病性变化。

研究结果

外源氧化剂和内源性ROS促进E. piscicida生物膜形成
实验显示H₂O₂和双胺氧化剂以剂量依赖方式增强生物膜形成。ΔtrxAC突变体因TrxA/C缺失导致ROS积累，其生物膜形成能力较野生型提升2.3倍，而补充谷氧还蛋白Grx1可恢复稳态。

c-di-GMP信号通路介导ROS诱导的生物膜形成
ΔtrxAC中c-di-GMP水平升高1.8倍，伴随纤维素合成基因bcsA/C/E/G上调。关键发现是磷酸二酯酶YhjH表达降低50%，其启动子活性分析证实FliA（σ²⁸因子）结合位点突变可使yhjH表达恢复。

ROS对致病性的双重调控
虽然ΔtrxAC在斑马鱼肝脾中的载量降低10倍，但溶血活性提高2.1倍，揭示ROS通过生物膜-毒力网络产生复杂影响。

讨论与意义
该研究绘制了"ROS-FliA-YhjH-c-di-GMP-纤维素合成"的完整信号通路图，解释了水生病原体在氧化压力下构建生物膜保护罩的进化策略。发现FliA作为连接氧化应激与c-di-GMP代谢的关键枢纽，为理解σ因子在环境适应中的作用提供了新视角。实践层面，针对YhjH磷酸二酯酶的抑制剂设计，可能成为破解生物膜耐药性的新突破口。研究同时警示：水产消毒剂产生的ROS可能"适得其反"地增强病原体毒力，这对制定科学的病害防控策略具有重要指导价值。