产气荚膜梭菌IV型菌毛介导的分泌系统与BsA蛋白通过异肽键形成生物被膜基质的研究

来自某研究团队的研究人员为探究革兰氏阳性菌中是否存在类似革兰氏阴性菌的II型分泌系统（TTSS），开展了关于产气荚膜梭菌（Clostridium perfringens）IV型菌毛（T4P）与生物被膜基质蛋白分泌机制的研究。研究发现，蛋白BsaC的分泌依赖于菌毛蛋白PilA3，而BsaA可通过异肽键形成寡聚体，该机制经突变实验和质谱分析证实。该研究揭示了T4P相关分泌系统在革兰氏阳性菌中的功能，为细菌生物被膜形成机制提供了新见解。

　　

产气荚膜梭菌（Clostridium perfringens）是一种革兰氏阳性（gram-positive）、厌氧（anaerobic）、产孢（spore-forming）的细菌病原体，可感染人类和动物。该菌能产生IV型菌毛（type IV pili, T4P），并拥有两套完整的T4P相关基因簇。其中一套基因已被证实参与表面菌毛的合成，这些菌毛对细菌黏附至关重要。关于第二套基因簇的假设认为，它们可能组成一种类似于革兰氏阴性菌中存在的II型分泌系统（type II secretion system, TTSS），但在革兰氏阳性菌中，这一系统可能协助蛋白质穿越厚厚的肽聚糖（peptidoglycan, PG）层。

通过分析缺失IV型菌毛蛋白的突变体的分泌组（secretome），研究人员发现一种名为BsaC（CPE0517）的蛋白质的分泌依赖于菌毛蛋白PilA3。bsaC基因与编码SipW信号肽酶（signal peptidase）和两种推定生物被膜基质蛋白BsaA、BsaB的基因位于同一操纵子中。BsaA和BsaB与枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）的生物被膜蛋白TasA具有远缘同源性。

由于BsaA可形成被分泌的长链寡聚体，研究团队通过从头（de novo）建模分析了BsaA单体之间的相互作用。模型预测这些单体通过异肽键（isopeptide bonds）形成寡聚体，这一过程涉及供体链交换（donor strand exchange）。对预测参与异肽键形成的残基进行突变后，BsaA的寡聚化能力丧失，证实了“交换-锁定”机制的存在，并通过质谱技术（mass spectrometry）直接检测到异肽键。

系统发育分析（phylogenetic analysis）表明，BsaA蛋白家族广泛存在于细菌和古菌中，但仅其中一部分成员可能形成异肽键。这一发现揭示了细菌生物被膜基质组装的一种新机制，为理解病原体持久性和耐药性提供了重要线索。