调节铜绿假单胞菌毒力因子表达的关键节点基因rrhS的发现及作用分子机理研究

Pseudomonas aeruginosa is a bacterium responsible for severe nosocomial infections, life-threatening infections in immunocompromised persons, and chronic infections in cystic fibrosis patients. One in ten hospital-acquired infections is from Pseudomonas aeruginosa. One of the most worrisome characteristics of P. aeruginosa is its low antibiotic susceptibility. In addition to this intrinsic resistance, P. aeruginosa easily develops acquired resistance. Indeed, antibiotic resistance is one of the greatest challenges of the twenty-first century. Anti-virulence strategies to combat bacteria-mediated disease is an especially compelling approach, as it is thought to apply less selective pressure for the development of bacterial resistance than traditional strategies. Thus, identification and functional analysis of pivotal regulator of virulence factor expression could help shed light on the pathogenesis of Pseudomonas aeruginosa and provide potential target of anti-infective therapy. In the proposed studies here, we will investigate the molecular mechanisms of rrhS gene, which encodes a two-component sensor kinase, acts as a pivotal regulator of virulence factor expression in Pseudumonas aeruginosa based on our ongoing studies. The major goals of this proposal are to elucidate the pathways controlled by rrhS gene and identify signaling molecules of this pivotal two-component sensor kinase.

铜绿假单胞菌是医院中最常见的致病菌之一，它对多种抗生素表现为天然或获得性耐药，临床治疗十分困难。抗生素的广泛使用及滥用进一步催生并富集了多重耐药性菌株，使得铜绿假单胞菌感染的临床治疗更为棘手。铜绿假单胞菌的致病性依赖于它所产生的各式各样的毒力因子从而实现它在宿主体内的定植、增殖及扩散。目前，通过消减细菌毒力的抗毒力治疗策略正在成为抗细菌感染领域的主流方向和研究重点。由此，研究铜绿假单胞菌毒力因子的表达与调控、鉴定新的调节细菌毒力因子表达的关键节点基因不仅有助于人们了解铜绿假单胞菌致病性的分子机理，而且为挖掘潜在的抗细菌感染的药物作用靶点提供有力的实验依据。本项目的成功开展将首次对铜绿假单胞菌中调节毒力因子表达的关键节点基因rrhS进行功能鉴定、阐明其作用分子机制以及rrhS基因编码的感应激酶所感知的信号，为新型抗感染药物的研发提供分子依据和潜在的药物作用靶点。

铜绿假单胞菌是一种重要的人类病原细菌，它对多种抗生素表现为天然或获得性耐药，给临床的抗生素治疗带来十分棘手的困难。深入理解细菌致病性的分子机理，有助于为新型的抗细菌感染策略提供理论基础。在本项目中，我们研究了铜绿假单胞菌rrhS(根据NCBI中的最新注解，该基因命名为bfmS)基因的生物学功能及其作用分子机制。.研究结果表明，bfmS基因所编码的BfmS蛋白与BfmR蛋白构成一个双组份信号转导系统；BfmS通过负调节BfmR的磷酸化来控制BfmR的转录调节活性。bfmS基因的功能失活引起BfmR蛋白的高度磷酸化，而磷酸化的BfmR蛋白结合在rhlR基因的启动子上并抑制了rhlR基因的表达，导致铜绿假单胞菌rhl群体感应系统的功能受到损害、细菌的急性感染能力的显著降低。另一方面，BfmR蛋白的磷酸化增强了铜绿假单胞菌形成生物被膜（细菌慢性感染的重要决定因子）的能力。在长期感染囊性纤维化（CF）患者肺部的过程中，bfmS基因上可发生突变。我们发现bfmS基因上的错义突变（如L181P, L181P/E376Q 和R393H）可促进BfmS蛋白对BfmR蛋白的激活，可能代表着一种新类型的功能突变，我们对其命名为功能逆转（reverse-of-function）突变。总的来说，这些实验结果表明BfmS/BfmR可能是调节铜绿假单胞菌从急性感染状态转换成慢性感染状态的一个新的分子信号通路，为干预铜绿假单胞菌的致病性提供了新的切入点【PLoS Pathog. 2014 Aug 28;10(8):e1004340）】。.在本项目的资助下，我们进一步深入、拓展了与本研究项目内容相关的病原细菌学研究，研究结果分别发表在PNAS、Nucleic Acids Res.、Mol Microbiol.和Curr Genet.等国际学术杂志，为深入理解细菌的毒力形成机制提供了新的视角和新的实验基础。