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综述:密码子使用与抗生素耐药性:一种隐藏的进化机制
【字体: 大 中 小 】 时间:2025年08月01日 来源:Biochimie 3
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这篇综述系统阐述了密码子使用(Codon Usage)如何通过调控基因表达、mRNA稳定性和蛋白质折叠,成为细菌进化抗生素耐药性(如Acinetobacter baumannii和Klebsiella pneumoniae耐药株)的新型分子机制。作者整合了密码子适应指数(CAI)、有效密码子数(ENC)等生物信息学工具,结合体外实验和合成生物学手段,揭示了密码子优化(Codon Optimization)在耐药基因(如β-内酰胺酶)高效表达中的关键作用,为开发新型诊断标志物和靶向疗法提供了理论依据。
密码子偏好性与抗生素耐药性:隐藏的分子纽带
密码子偏好性与同义突变
生物体对特定同义密码子的偏好性(Codon Bias)远非遗传冗余的副产品。在Escherichia coli等病原体中,高表达基因倾向于选择与丰度最高的tRNA匹配的密码子,这种优化策略能显著提升耐药蛋白(如β-内酰胺酶)的翻译效率。基因组分析显示,耐碳青霉烯类Klebsiella pneumoniae的blaKPC基因存在显著的密码子使用偏移,暗示同义突变可能通过影响mRNA二级结构或核糖体暂停(Ribosome Pausing)来调控蛋白折叠动力学。
传统耐药途径的新视角
相较于经典的耐药机制(如外排泵Efflux Pumps或靶点修饰),密码子介导的耐药性呈现出更隐蔽的进化特征。以MRSA为例,其青霉素结合蛋白(PBP2a)编码基因中特定密码子的富集,可能通过协调tRNA池竞争(tRNA Pool Competition)来加速耐药蛋白合成。实验证实,对Mycobacterium tuberculosis的rpoB基因进行同义突变改造后,利福平耐药性出现显著差异,凸显密码子选择对表型的直接影响。
计算生物学与实验验证的融合
通过密码子适应指数(CAI)和相对同义密码子使用度(RSCU)等算法,研究者发现耐药株在全局密码子使用模式上与敏感株存在统计学差异。例如,Vibrio cholerae耐药株中acrB外排泵基因的EN
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