动物医学院程安春教授团队发现一种克雷伯氏菌细菌素并揭示其转运机制

2024年02月27日 15:20

来源: 动物医学院

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近日,国家现代农业产业(水禽)体系免疫抑制病防控岗位专家、3344官方网站登录首页动物医学院动物医学免疫学研究所程安春/赵新新团队在自然指数(Nature index)期刊Journal of Biological Chemistry发表题为“Klebicin E, a pore-forming bacteriocin ofKlebsiella pneumoniae, exploits the porin OmpC and the Ton system for translocation(克雷伯氏菌穿孔细菌素KlebE的转运依赖于OmpC蛋白和Ton系统)”的研究论文。该研究发现并鉴定了一种克雷伯氏菌的细菌素KlebE,证实KlebE是一种穿孔细菌素,具有强力杀菌作用。研究揭示该毒素的转运依赖于毒素不同区域与外膜蛋白OmpC和内膜蛋白TonB的相互作用。

抗生素在人、动物上的大量使用、误用等问题使得多种致病菌的耐药问题日益严重。据预测,到2050年,因耐药问题导致的死亡人数将达到每年1000万,超过心血管系统和癌症导致的死亡。世界卫生组织近期将包括大肠杆菌、克雷伯氏菌在内的9种致病菌列为重点关注对象。同时,抗生素新药的研发陷入困境。因此,新型抗菌策略的研制成为对抗耐药菌感染的迫切需求。细菌素是细菌产生的一种参与细菌间竞争的多肽类物质。与抗生素相比,细菌素具有窄谱性(不杀伤共生菌)、副作用小等优点,是潜在的抗生素替代药物;而理解细菌素的转运机制、杀菌机制是将其应用于临床的前提。

细菌素在细菌中普遍存在,大肠杆菌素已被大量发现和频繁研究,而肠杆菌科其他细菌的细菌素仍有待发现和鉴定。该研究通过生物信息学方法扫描100多株水禽源沙门菌和肺炎克雷伯氏菌菌株的基因组,发现并鉴定一种克雷伯氏菌细菌素,命名为KlebE。研究证实,KlebE是一种小分子毒素,参与克雷伯氏菌的种内竞争。纯化的KlebE具有高效杀菌特性,可破坏敏感菌的细胞膜,并对人工细胞膜具有直接的膜透化作用,表明它是一种穿孔细菌素。蛋白质互作试验和平板抑菌试验表明,KlebE的杀菌效应依赖于OmpC和Ton系统,毒素可与OmpC、TonB发生相互作用。进一步的点突变试验证实,KlebE的TonB box为位于N端的7肽序列,而其与OmpC的结合区域位于中部的非结构区。最后,通过比较敏感菌株、耐受菌株的OmpC序列,发现OmpC第91位天冬氨酸是决定KlebE杀菌效应的关键氨基酸。该研究为克雷伯氏菌细菌素疗法的开发奠定了理论基础。

图1. GUV试验证实KlebE的膜穿孔作用

图2. KlebE转运相关膜蛋白的筛选与鉴定

3344官方网站登录首页动物医学院动物医学免疫学研究所赵新新副教授和硕士研究生王文玉为论文第一作者,国家现代农业产业(水禽)体系免疫抑制病防控岗位专家、3344官方网站登录首页动物医学院动物医学免疫学研究所程安春教授为论文的通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金(32072877)、国家重点研发计划(2023YFD1800200)、财政部和农业农村部国家现代农业产业技术体系专项(CARS-42-17)等项目的资助。



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