吲哚抑制细菌耐药性的新型机制研究

The mechanism of antibiotic resistance has always been an important research point in microbiology study. In recent years, study found that signal molecules could affect the antibiotic tolerance behavior, which is different from the traditional thinking. Recently, using Lysobacter and its related bacteria as research objects, we found a new type of antibiotic resistance regulation pathway induced by indole. Indole can make Lysobacter lose its original drug tolerance and this phenomenon also exists in many other pathogenic bacteria. Using marine-derived Lysobacter as the experimental material, this research topic is to study the unknown mechanism of indole-induced the inhibition of antibiotic tolerance, including: (1) analysis and clear the function of a new type of ABC transporter AbcT5 in the indole-induced pathway; (2) identify key genes in the pathway and established the regulatory relationship between the key genes; (3) 20 kinds of common antibiotics and 10 strains of other representative bacteria were selected to analyze the effects of indole on different antibiotics and different strains in order to clarify the universality of this mechanism. This study provides a new idea for bacterial resistance inhibition and provides a theoretical basis for the study of key genes in antibiotic tolerance pathway.

细菌耐药性机制一直是微生物学领域的重要研究热点。其中，信号分子影响细菌耐药性是近些年发现的有别于传统理念的耐药机制。近期，以溶杆菌及其近缘病害细菌为研究对象，我们发现一种新的吲哚调控耐药性现象：吲哚可以使溶杆菌失去原本的药物耐受性，并且这一现象在多种致病细菌中同样存在。本课题将以一株海洋来源产酶溶杆菌为研究材料，对吲哚诱导的未知抑制耐药机制进行研究，内容包括：（1）吲哚抑制耐药通路中新型ABC转运蛋白AbcT5功能分析，明确其作用机制；（2）通过分子生物学及生化技术，结合比较转录组分析，明确通路中关键调控基因的功能，并确立各个关键基因上下游关系及调控关系；（3）选取20种常见抗生素及10株具代表性的其他种属细菌，分析吲哚对不同类型药物及不同菌株的响应，明确这一机制的广泛性。本项目将为抑制细菌耐药性研究提供新的思路，也为耐药关键基因的发现提供理论依据。

细菌耐药性导致现有传统抗生素的迅速失效，严重威胁着人类健康及生活。开发一种对抗耐药细菌的新药是一个耗时的过程，相比之下，寻找一些可以改变细菌的生理活性从而削弱其耐药性的信号分子，并将信号分子与现有的传统抗生素联用从而使耐药细菌对抗生素再次敏感具有重要的价值。前期，我们发现吲哚可以降低溶杆菌对多种抗生素的耐药性，基于该现象，我们对信号分子吲哚抑制细菌耐药性的新型机制进行了多层次解析，主要成果包括：（1）吲哚通过促进一种新型双功能内向转运泵的表达来逆转多种细菌的内在抗生素耐药性（IRAR），并揭示了内在机制；（2）明确了吲哚调控通路中的关键基因及其功能，包括双组分系统qseC/B、钾离子摄入相关的kdp基因簇、蹭行运动相关的pil基因簇等，明确了各个基因的上下游调控关系；（3）吲哚可以调节产酶溶杆菌LeYC36的多种生理行为，包括次级代谢产物表达、抗逆能力提高以及钾离子吸收，这一独特的生命过程增强了细菌对复杂生态环境的适应性；（4）揭示了卤代吲哚作为吲哚结构类似物，具有与吲哚相似的逆转细菌对抗生素耐药性的作用，且这一机制具有一定的普适性。我们的研究为细菌生理行为及适应性机制的研究提供了新思路，同时，基于细菌信号通路的抗感染策略（即信号分子吲哚及卤代吲哚可作为抗生素佐剂与传统抗生素联用），为使已有抗生素发挥更好效力提供了新的方向和理论依据，有望为抑制细菌耐药性以及缓解抗生素污染问题提供可行性方案。受本基金项目支持，主要成果发表在The ISME Journal、mBio、Journal of Medicinal Chemistry、Applied and Environmental Microbiology等领域期刊论文共14篇，并获山东省青年泰山学者（2021年）、山东省海洋与渔业青年科技奖（2021年）、第十二届青岛市青年科技奖（2020年）等奖项。