肺炎克雷伯菌VI型分泌系统的功能及其基因水平转移的研究

Klebsiella pneumoniae is a capsulated Gram-negative pathogen and one of the most frequent antibiotic-resistant bacteria isolated in hospital. Several type VI secretion systems (T6SSs) and their effectors have been newly found to be encoded within the diverse genomic islands of K. pneumoniae but not well documented yet. T6SSs are a class of sophisticated cell contact-dependent apparatuses involved in mediating antagonistic or synergistic communications between bacteria and/or bacteria and eukaryotes; however it is few reported yet for the secretion mechanism of multiple effectors by the same apparatus and the horizontal gene transfers of this system. In this study, we will characterize and compare the T6SSs and their effectors in the completely sequenced multiple-drug resistant isolate HS11286 and the hypermucoviscous isolate RJF293 isolate of K. pneumoniae. We are aiming: (i) to determine how the individual apparatus is able to transport the diverse Cargo effectors; (ii) to study the interaction of the apparatus islands with VgrG effector islands when the the horizontal transfer events occurs. This research may be helpful for the development of therapeutic drugs to treat Klesiella infections effectively.

肺炎克雷伯菌是医院内感染最重要的条件致病菌之一，有多套常常位于基因组岛上的VI型分泌系统但无机理研究。细菌VI型分泌系统是一种细胞接触依赖型的多组分跨膜装置，将毒性效应物转运至原核或真核细胞内起到菌间拮抗或致病作用，但多效应物分泌机制及该系统基因水平转移的机理尚需阐明。本研究拟将前期已测序的肺炎克雷伯菌耐药株HS11286和黏液表型株RJF293进行比较分析，通过数据挖掘、基因敲除回补、体外表达、酶活测定和细菌竞争生长等方法解析VI型分泌系统及其关键效应物的生理和生化功能，探讨: (i) 单套装置对多个Cargo类效应物的运输机制；(ii)装置基因组岛和效应物岛的独立或互作的基因水平转移机制。这将有助于解析肺炎克雷伯菌VI型分泌系统的功能，阐明该系统及效应物在种内种间扩散的机理，为预防克雷伯菌在院内播散和开发药物治疗感染提供的新思路。

细菌VI型分泌系统（T6SS）在革兰氏阴性菌中广泛存在，是一种细胞接触依赖型的多组分跨膜装置，可将毒性效应物转运至原核或真核细胞内起到致病或细菌间拮抗作用。肺炎克雷伯菌是医院内感染最重要的条件致病菌之一，有多套T6SS但尚缺乏系统地深入研究。本项目以临床上常见的肺炎克雷伯菌碳青霉烯耐药株HS11286和黏液表型株RJF293为对象，结合基因敲除回补、细菌竞争生长、小鼠感染模型、基因组测序和比较分析等多种方法，开展了HS11286-T6SS-1和RJF293-T6SS-3等两套T6SS功能以及T6SS基因簇转移的研究工作。主要研究结果包括：(i)发现了肺炎克雷伯菌HS11286中的HS11286-T6SS-1具有细菌种间和种内的拮抗作用；该套T6SS受美罗培南的调控；在亚抑菌浓度美罗培的压力下，该套T6SS杀菌的能力增强。(ii) 发现了HS11286-T6SS-1可将Cargo类效应物Tle1KP转运到受攻击菌的周质空间；Tle1KP带有磷脂酶活性结构域，具有细胞周质毒性，免疫蛋白Tli1KP可中和Tle1KP的毒性。(iii) 发现了黏液株RJF293中的T6SS在侵染小鼠过程中起重要的作用,荚膜多糖影响T6SS的作用；RJF293-T6SS-3基因组岛可从染色体上环出，但环出频率极低。(iii) 更新了T6SS专业数据库SecReT6 2020,开发了细菌分泌系统基因簇及基因组岛预测工具VRprofile和效应物预测软件T6SEfinder，这些T6SS相关的生物信息学资源免费提供对外服务。以上研究结果将有助于阐明肺炎克雷伯菌的T6SS转运机制以及效应物的功能，探讨T6SS及效应物的基因水平转移机制。