细菌细胞壁回收调控机制以及生物学功能探究

Bacterial cell wall is a kind of biological macro molecules that is majorly composed of peptidoglycan. Bacterial cell wall can be biologically modified by chemicals and these modifications plays an important role for bacterial antibiotic resistance. Bacterial cell wall recycling is an important component of cell wall metabolism and plays a key role in bacterial growth, infection and drug resistance. Although previous research have identified that cell wall recycling is regulated by a global regulator MurR, the molecular mechanisms and the biological functions remain elusive. By crystallizing the apo-form of the MurR protein, we have found that the MurR protein is able to bind a phosphorylated small molecule. In this proposal, we will determine the structure of the small molecule and assess the interactions of this small molecule with the MurR protein by using high-resolution mass spectrum, isothermal titration calorimetry and X-ray crystallography. We are also going to construct the relative mutants to study the biological functions of small-molecule mediated regulation of normal or abnormal cell wall recycling. This research will unveil the molecular mechanism of small-molecule mediated regulation of cell wall recycling and pave the way for rational design of small-molecule drugs.

细胞壁是一种主要由肽聚糖构成的生物大分子，其异常化学修饰极大影响细菌耐药性。细菌细胞壁回收是细胞壁代谢的重要组成部分，对细菌生长、细菌感染以及细菌耐药性等多方面起到关键性作用。尽管先前研究已经表面细菌细胞壁回收受到一个全局调控因子MurR所控制，但人们对于其内在的分子机制以及相关生物学功能仍旧了解较少。通过MurR蛋白裸晶结构分析，我们发现MurR蛋白结合有内源性的信号小分子。在这个研究计划中，我们将运用高分辨质谱、等温量热滴定以及X-射线衍射等技术鉴定和表征MurR蛋白的信号分子结构以及信号分子与蛋白的相互作用。通过构建相关蛋白突变体菌株，我们还将探究基于小分子调控的正常和异常化学修饰的细胞壁回收生物学功能。此项研究将从分子层面阐明小分子调控的细胞壁回收机制，也为后续理性设计小分子药物奠定重要基础。

细菌细胞壁回收是细胞壁代谢的重要组成部分，对细菌生长、细菌感染以及细菌耐药性等多方面起到关键性作用。尽管先前研究已经表面细菌细胞壁回收受到一个全局调控因子MurR所控制，但人们对于其内在的分子机制以及相关生物学功能仍旧了解较少。为了系统性研究MurR蛋白在细菌细胞壁回收中的调控机制，我们结晶并解析了MurR蛋白与信号小分子的复合物结构，并利用多种生物化学技术检测了MurR蛋白的活性与生物学功能。同时，我们开发了另外多种病原细菌，包括绿脓杆菌、肺炎克雷伯菌、鲍曼不动杆菌中的基因编辑方法，并研究了嗜热链球菌Cas9的催化机制及其应用，为在各种病原菌中研究细胞壁回收机制研究提供了高效的遗传操作工具。