《Microorganisms》：Gamma Irradiation Effects on Fatty Acid Profiles, Adhesion, Plasmid Stability, and Secreted Proteins in Shigella: In Silico Insights into Post-Irradiation Virulence
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本研究探讨了宋内志贺氏菌（Shigella sonnei）ATCC25931在伽马辐照胁迫（0.5和1 kGy）下的适应性机制，重点关注脂肪酸（FAs）在膜脂组成重塑、黏附及胞外蛋白中的参与作用。研究结果表明，辐照后细胞疏水性和对KB细胞的黏附能力显著增强，尽
本研究探讨了宋内志贺氏菌（Shigella sonnei）ATCC25931在伽马辐照胁迫（0.5和1 kGy）下的适应性机制，重点关注脂肪酸（FAs）在膜脂组成重塑、黏附及胞外蛋白中的参与作用。研究结果表明，辐照后细胞疏水性和对KB细胞的黏附能力显著增强，尽管在1 kGy时侵袭率从14%下降至2.35%。此外，伽马辐照诱导脂肪酸（FA）组成发生显著变化，其特征为不饱和/饱和脂肪酸比率明显降低。质粒图谱分析显示，伽马辐照后多个原始质粒丢失。通过SDS-PAGE观察到胞外蛋白的变化，在1 kGy时表达量降低。进一步的分子对接分析表明，脂肪酸在抑制志贺氏菌毒力关键调控因子VirF中发挥作用。效果最差的抑制剂为癸酸，而亚油酸和伽马-亚麻酸形成了最稳定的抑制复合物，阻止了VirF激活毒力系统。这些脂肪酸、质粒和胞外蛋白的变化构成了对辐照诱导胁迫的适应性反应。
伽马辐照对宋内志贺氏菌的适应性重塑：从膜脂重构到毒力调控的整合性解读
一、研究背景与科学问题
志贺氏菌（Shigella）是一种影响人类及其他灵长类动物的病原体，是细菌性痢疾的致病因子。细菌性痢疾是全球性的重大公共卫生问题，尤其在卫生条件较差的地区，如战区和难民营中尤为突出。感染后临床潜伏期通常为1至3天，常以突发性短暂腹泻起病，典型症状包括频繁的血性黏液便、腹部绞痛和里急后重，发热常超过39°C。严重病例，尤其是幼童，可因中毒和/或严重脱水导致住院甚至死亡。该病原体主要通过粪-口途径传播，包括人际接触污染的手部或通过污染的食物、物品和水源间接传播。尽管水处理和微生物控制技术不断进步，水污染问题即使在发达国家仍构成挑战，废水处理成为全球性瓶颈。
在众多消毒技术中，辐射技术已被证明在病原体灭活、有机污染物氧化和除臭方面有效。伽马辐照尤其显示出在灭菌和防止腐败方面的应用前景。伽马辐照通过两种主要机制损伤细胞DNA：一是电离辐射的直接物理效应产生初级自由基；二是涉及活性氧的间接生化效应，导致DNA双链断裂、单链断裂或碱基替换突变。然而，关于伽马辐照对志贺氏菌影响的信息十分有限，因此开展本项研究，系统评估伽马辐照对宋内志贺氏菌（S. sonnei）关键细菌特性的影响，包括黏附与侵袭能力、质粒动态、膜脂肪酸组成及分泌蛋白谱。该研究发表于《Microorganisms》期刊。
二、主要关键技术方法
研究人员以宋内志贺氏菌（S. sonnei）ATCC 25931菌株为研究对象，该菌株来源于突尼斯莫纳斯提尔医院。研究采用了以下关键技术方法：利用钴-60辐照源对处于对数生长后期的细菌进行0.5 kGy和1 kGy剂量的伽马辐照处理；采用十六烷分配法评估细胞表面疏水性；利用人口腔表皮样癌KB细胞系进行黏附与侵袭实验；通过BB质粒MiniPREP试剂盒提取质粒DNA并进行琼脂糖凝胶电泳分析；采用MIDI协议结合气相色谱分析膜脂肪酸组成；通过SDS-PAGE分析胞外蛋白谱；利用PCR扩增ipaH基因进行分子鉴定；采用AutoDock 4.2程序包进行分子对接模拟分析脂肪酸与VirF蛋白的相互作用。
三、研究结果
3.1 胁迫对表面疏水性的影响
伽马辐照显著影响了宋内志贺氏菌的表面疏水性。所有菌株在经受胁迫后表面疏水性均显著增加（p < 0.05），在1 kGy剂量下疏水性增加了15%至35%。
3.2 KB细胞黏附与侵袭实验
利用KB细胞系进行的黏附实验显示，未经处理的宋内志贺氏菌（0.7%）对KB细胞表现出较弱的黏附能力。经伽马辐照后，在0.5 kGy剂量下黏附百分比显著增加（p < 0.05）。然而在侵袭实验中，经1 kGy伽马辐照后侵袭百分比显著下降（p < 0.05），降至2.35%。
3.3 质粒分析
宋内志贺氏菌初始携带四个大小在3至23 kb之间的质粒。辐照后，菌株丢失了多个原始质粒。具体而言，0.5 kGy辐照的细胞丢失了9 kb质粒，而1 kGy辐照的细胞丢失了9 kb、6 kb和3 kb质粒。质粒的丢失凸显了伽马辐照对宋内志贺氏菌遗传结构和毒力潜能的潜在影响。
3.4 宋内志贺氏菌膜脂肪酸组成
色谱分析在正常和胁迫条件下生长的细胞中共鉴定出二十种脂肪酸。主要峰包括棕榈酸（C16:0）、棕榈油酸（C16:1n7）、正十六碳烯酸（C16:1n5）、异油酸（C18:1n7）和亚油酸（C18:2n6）。伽马辐照后，饱和脂肪酸如C15 iso、C16、C17、C17 iso和C18，以及单不饱和和多不饱和脂肪酸包括C14:1、C17:1、C18:1n9、C18:2n6和C18:3n6均有所减少。相反，饱和脂肪酸如C15 anteiso和C17 anteiso，以及单不饱和脂肪酸如C16:1n7、C16:1n5、C18:1n7和C20:1n9则有所增加。1 kGy辐照菌株的不饱和/饱和脂肪酸（UFA/SFA）比率高于对照组。
3.5 胞外蛋白分析
SDS-PAGE分析显示，经1 kGy伽马辐照后，几乎所有蛋白的表达量均较正常状态和0.5 kGy辐照组显著下降。其中，分子量约为60和58 kDa的两个条带在1 kGy伽马辐照后表达水平发生改变。
3.6 胁迫菌株的分子鉴定
PCR扩增ipaH基因（400 bp）确认了伽马辐照菌株的身份。与对照组和0.5 kGy辐照菌株相比，1 kGy辐照的宋内志贺氏菌中ipaH基因的表达显著降低，表明辐照影响了该基因的表达。
3.7 分子对接分析
分子对接研究探讨了脂肪酸与VirF蛋白的相互作用。在所有测试的脂肪酸中，癸酸（与VirF共结晶的配体，PDB: 6XIU）的结合能最高（-5.0 kcal/mol），是作为VirF抑制剂效果最差的配体。而亚油酸和伽马-亚麻酸表现出最佳的对接得分（-6.5 kcal/mol），与靶受体形成了稳定复合物。这两种配体通过形成多个范德华相互作用及其他接触实现稳定性，其长烷基链中的不饱和双键（C=C）对其抑制VirF的潜力至关重要。这种结合诱导VirF蛋白发生构象转变，从可激活毒力基因的“开放”构象转变为使其失活的“闭合”形式，从而阻止VirF与VirB启动子相互作用。
四、讨论与结论
研究结果表明，伽马辐照是导致宋内志贺氏菌膜脂肪酸组成变化的主要因素，表现为UFA/SFA比率下降，这与膜流动性降低相关。膜脂肪酸组成的改变对微生物具有深远影响，特别是调节负责离子泵和营养摄取等关键功能的内在蛋白活性。辐照后菌株丢失多个原始质粒，尤其是大质粒的丢失，直接导致了侵袭能力的下降。在众多致病菌中，大质粒在毒力和抗菌素耐药性传播中发挥关键作用。
脂肪酸在调节原核和真核生物多种生物学功能中至关重要。VirF作为志贺氏菌毒力系统的主调控因子，控制着病原体侵入并在宿主细胞内生存所需基因的表达。分子对接分析表明，不饱和脂肪酸如亚油酸和伽马-亚麻酸是VirF最有效的抑制剂，其通过与VirF形成稳定复合物改变其结构和功能。这种脂肪酸介导的VirF调控机制并非志贺氏菌独有，在霍乱弧菌（Vibrio cholerae）中脂肪酸抑制控制霍乱毒素表达的ToxT蛋白，在埃希氏大肠杆菌（Escherichia coli）中脂肪酸同样影响毒力调控因子Rns。
本研究揭示了伽马辐照触发宋内志贺氏菌多种适应性反应，包括影响其毒力潜能的结构和功能变化。特定脂肪酸对VirF的抑制作用为靶向志贺氏菌毒力提供了有前景的策略。这些发现为开发抗毒力疗法开辟了新途径，通过聚焦抑制毒力而非细菌生长，可减少抗生素耐药性的选择压力。脂肪酸或脂肪酸模拟分子可设计为特异性结合VirF及其他毒力调控因子，为治疗志贺氏菌病等细菌感染提供新方法。该研究确立了伽马辐照作为一种非化学、有效的降低志贺氏菌毒力的方法，在感染控制、水处理和食品安全方面具有应用前景。
