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饥饿使细菌生物被膜更强壮

发布时间 2020-01-19 16:52点击次数 187次

饥饿使细菌生物被膜更强壮


细菌生物被膜引起的慢性感染是现代医学上一个棘手问题,生物被膜中的细菌往往由于胞外聚合物的包裹保护而难以被免疫系统或抗生素所清除。铜绿假单胞菌是临床中常见的一种致病菌,其生物被膜中包含的胞外多糖(如Psl, Pel, alginate),外DNA,以及外分泌蛋白等共同构成了胞外聚合物。近年来,Sophie de Bentzmann等人发现在铜绿假单胞菌中过表达响应调节蛋白PprB后,四型菌毛b (tad pili)、CupE菌毛、以及BapA黏附蛋白等表达的上调可共同促进一类新型超级生物被膜(hyper-biofilm)的形成[1]。这类生物被膜对抗生素的耐受性和宿主的感染行为与以往研究的生物被膜有很大差异,且其结构并不依赖于Psl、Pel等胞外聚合物。然而,对于PprB调节系统何时开启以及响应哪种环境信号目前尚不清楚。


针对这一问题,中国科学院深圳先进技术研究院合成所金帆团队首先通过构建荧光报告菌株的方法对PprB下游控制相关基因的转录进行定量测量,并发现铜绿假单胞菌在碳源饥饿的环境下大幅度调高了PprB下游基因的表达。进一步的,研究者发现细菌中的σ因子RpoS通过上调PprB蛋白的胞内表达量从而介导了这一过程,并证明PprB的转录调节活性不依赖于其自身的磷酸化。利用微流控与显微镜技术相结合的手段,研究者发现PprB的过表达大大增强了细菌与表面之间以及细菌与细菌之间的粘附力,因而导致该菌株产生致密、厚实的超级生物被膜。另外,BapA粘附蛋白和CupE菌毛对PprB过表达菌株的粘附性均有贡献,而四型菌毛b则对细菌粘附性影响不大。在自然环境中,铜绿假单胞菌常常定殖在一些营养贫瘠的环境中,以上发现提示着PprB这一系统很可能在碳源贫瘠环境下细菌生物被膜的形成发挥重要作用,并为防治这类生物被膜提供了可能的作用靶点(BapA和CupE)。


该成果近期以“Carbon starvation induces the expression of PprB-regulated genes in Pseudomonas aeruginosa”为题发表于国际学术期刊Applied Environmental Microbiology上(10.1128/AEM.01705-19)。该研究得到了国家自然科学基金的支持。



图:铜绿假单胞菌内部RpoS-PprB-Flp/CupE/Bap系统对碳源饥饿信号的传导以及细菌粘附表型影响示意图。


参考文献:

[1], de Bentzmann S, Giraud C, Bernard CS, Calderon V, Ewald F, Plesiat P, Nguyen C, Grunwald D, Attree I, Jeannot K, Fauvarque MO, Bordi C. 2012. Unique Biofilm Signature, Drug Susceptibility and Decreased Virulence in Drosophila through the Pseudomonas aeruginosa Two-Component System PprAB. PLoS Pathog 8:15.