氨基酸竞争塑造鲍曼不动杆菌肠道定植的分子机制及其临床意义

本研究揭示了鲍曼不动杆菌(A. baumannii)通过进化获得鸟氨酸(ornithine)代谢通路(ast2)在肠道定植中的关键作用。研究人员发现病原性不动杆菌特有的鸟氨酸琥珀酰转移酶(AstO)介导的代谢适应机制，通过小鼠模型和人类婴儿队列证实饮食氨基酸调控可影响耐药菌株定植，为医院感染防控提供了新靶点。该成果发表于《Cell Host & Microrobe》，为理解抗菌素耐药病原体(AMR)的生态位竞争提供了重要见解。

在抗菌素耐药性(AMR)全球危机背景下，鲍曼不动杆菌(Acinetobacter baumannii)作为"最高优先级"耐药病原体，其无症状肠道定植被认为是医院感染和传播的重要源头。尽管临床研究显示高达41%住院患者携带该菌，但决定其肠道持久存活的生态因素始终成谜。这项由美国伊利诺伊大学芝加哥分校(University of Illinois Chicago)微生物与免疫学系Lauren D. Palmer团队开展的研究，首次揭示了氨基酸代谢竞争在A. baumannii肠道定植中的核心作用，相关成果发表在《Cell Host & Microbe》期刊。

研究人员采用多组学联用策略：通过比较基因组学分析ast2基因座进化特征；建立抗生素处理(gentamicin/streptomycin/ampicillin)后的小鼠定植模型；结合微生物组测序(16S rRNA)和代谢组学(UPLC)分析肠道微环境；运用微生物原位成像技术(MiPACT-HCR)观察菌群空间分布；并整合来自费城儿童医院的婴儿队列宏基因组数据(1-24月龄n=104)验证临床相关性。

病原性不动杆菌特有的代谢适应机制

系统发育分析揭示astNOP基因簇仅存在于致病性不动杆菌中，83.9%临床分离株保留该基因座。通过构建astO敲除株(△astO)和点突变株(astAL125A,H229A)，证实AstO特异性催化鸟氨酸代谢。在含18.6 mM NH₄Cl的M9培养基中，野生型(WT)可利用鸟氨酸或精氨酸(arginine)作为唯一碳源，而△astO突变株丧失鸟氨酸利用能力(p<0.001)。

肠道定植的代谢博弈

抗生素处理小鼠模型中，WT在9天后显著超越△astO(p<0.01)，盲肠负荷高10倍。无菌小鼠实验证实该表型依赖菌群竞争——在常规小鼠恢复菌群多样性后(Shannon指数回升至5.8)，WT竞争优势显现，而在无菌鼠中两株无差异。代谢组显示抗生素处理显著改变氨基酸谱(PC1解释度62%)，恢复期鸟氨酸成为关键代谢底物。

饮食调控的临床启示

补充1%鸟氨酸使WT定植持续≥70天，而△astO在14天后检测不到。相反，补充谷氨酸(monosodium glutamate)或组氨酸(histidine)可挽救△astO缺陷，机制研究表明这依赖于hutH介导的组氨酸分解代谢。人类婴儿数据显示，配方奶粉喂养(蛋白含量较高)的4月龄婴儿A. baumannii相对丰度显著高于母乳喂养组(73% vs 38%，p<0.05)。

这项研究阐明了代谢适应在AMR病原体传播中的核心作用：当菌群竞争限制优选碳源(如谷氨酸)时，A. baumannii通过AstO转向鸟氨酸代谢维持定植。该发现不仅解释了医院环境中A. baumannii的持续传播机制，更提出通过饮食调控氨基酸供给可能成为去定植新策略。鉴于WHO将碳青霉烯耐药A. baumannii列为最高优先级病原体，这项由Xiaomei Ren和R. Mason Clark等完成的工作为开发针对性干预措施提供了理论依据，对遏制医疗相关感染具有重要意义。