鼠伤寒沙门氏菌VI型分泌系统介导的杀细菌效应机制

The type VI secretion system (T6SS) is a new secretion system found recently in Gram negative bacteria. It has become a research hotspot because of the strong antibacterial activity mediated by T6SS. If the effectors can be utilized, it will be undoubtedly provide a new direction for the treatment of bacterial diseases. However, researches on T6SS effectors are still very limited. Salmonella typhimurium is widely distributed in the environment and competing with various bacteria in its living niche, and thereby becomes an ideal model for studies on the antibacterial activity mediated by T6SS. In our previous experiments, we found Salmonella typhimurium LT2 has a strong antibacterial activity to Acinetobacter baumannii which is mediated by T6SS. However, current studies on the mechanism of antibacterial activity is still blank. In this study, we will first focus on the antibacterial activity spectrum of LT2 mediated by T6SS, and then we will use the two most commonly used methods “proteomics” and “transposon—deep sequencing” to explore the effectors of LT2 T6SS, and then we will make an in-depth study on the mechanism of these effectors. By this study, we will make a more comprehensive understanding to the mechanism of antibacterial activity mediated by T6SS, thus provide a strong theoretical basis for the development of new powerful antibacterial drugs.

VI型分泌系统（T6SS）是在革兰阴性菌中新发现的一种分泌系统，由于能够介导强的杀细菌效应而成为研究的热点，其分泌的杀细菌效应蛋白如果能够为人类所用，无疑将为细菌性疾病的治疗提供全新的方向。然而目前对T6SS效应蛋白的研究尚非常有限。鼠伤寒沙门氏菌广泛存在于环境中并同多种细菌之间进行竞争，从而成为研究T6SS杀细菌效应的理想模型。我们的预实验发现，鼠伤寒沙门氏菌LT2 T6SS能够介导其对多重耐药鲍曼不动杆菌产生强烈的杀菌作用。然而，目前对其杀细菌效应机制的研究尚属空白。本项研究将深入研究LT2对其生活环境中各种细菌的杀菌作用，从而确定其杀细菌谱，同时采用两种研究效应蛋白最常用的方法：蛋白质组学方法和转座子突变——深度测序方法探索鼠伤寒沙门氏菌的效应蛋白，并对效应蛋白的作用机制进行深入探讨，以论证T6SS介导的杀细菌效应机制，为开发更强有力、用途更广泛的新型抗菌药物提供强有力的理论。

VI型分泌系统是近些年新发现的一种分泌系统，能介导细菌之间的杀伤。最近的研究表明，这种杀伤作用除了能使竞争菌获得生存优势外，还能促进细菌的基因水平转移，而基因水平转移是细菌耐药性获得的一种重要方式。对T6SS作用机制的研究对深入了解细菌的致病作用以及耐药性获得具有重要的意义。本项目以鼠伤寒沙门氏菌为模型，对其T6SS介导的杀菌谱进行了研究，对其三个效应蛋白Hcp的功能进行了详细阐述，探索了调控T6SS的因素，并对T6SS在细菌耐药性获得中的作用进行了初步探讨。研究结果显示，鼠伤寒沙门氏菌利用其T6SS对其生活环境中的P. aeruginosa PA3 和E. coli K12的生长产生明显的抑制作用。进一步的研究发现三个Hcp分别发挥不同的作用，它们相互协调，共同完成对宿主的致病作用。其中Hcp1主要影响鼠伤寒沙门氏菌2型鞭毛基因的表达，从而影响细菌的运动能力，另外其也可以影响鼠伤寒沙门氏菌在盘基网柄菌内的增殖能力；Hcp2可以稳定鼠伤寒沙门氏菌在小鼠内的早期增殖能力，防止细菌过度增殖；Hcp3主要与Hcp1相互作用而发挥作用，且其不影响细菌的竞争能力，Hcp2也可以与Hcp1相互作用，在Hcp1缺失时发挥功能补充作用。通过转座子突变实验，我们筛选到了参与鼠伤寒沙门氏菌细菌竞争的基因。其中TetR/AcrR family transcriptional repressor可能对T6SS发挥调控作用，我们将进一步进行验证。最后，我们以鲍曼不动杆菌为模型，探讨了T6SS在细菌耐药性获得中的作用。结果显示鲍曼不动杆菌T6SS中的AsaA蛋白通过与TssM1302蛋白相互作用而在细菌竞争中发挥关键作用。对我国某三甲医院临床分离的77株鲍曼不动杆菌进行分析，发现66%的菌株含有完整的T6SS基因簇，其中T6SS+菌株耐药性明显高于T6SS-菌株，提示T6SS在鲍曼不动杆菌耐药性获得中发挥了重要作用。本项目已构建成功T6SS hcp基因缺失株，接下来将通过比较野生株以及hcp基因缺失株耐药性获得能力的差异，继续深入研究T6SS在细菌耐药性获得中的作用。通过本项目，我们对鼠伤寒沙门氏菌T6SS的作用机制有了深入的了解，并对T6SS在细菌耐药性获得中的作用有了初步的认识。