铜绿假单胞菌PA2957调控脂肪酸代谢的机制及其功能研究

Pseudomonas aeruginosa is one of main nosocomial pathogens. During chronic infection, Pseudomonas aeruginosa needs to obtain nutrients like iron to maintain high-density colonization. The long-chain fatty acids contained in the cell surfactant phosphatidylcholine(PC) are a main nutrient source. Our research suggests that the transcriptional regulator PA2957 significantly impacts the pathogenesis of pseudomonas aeruginosa. By ChIP-sequensing, we found that PA2957 directly regulates multiple genes related to fatty acid acquisition and metabolism. We will systematically investigate the global regulatory role and target genes of PA2957 through RNA-seq. Meanwhile, we will elucidate the signal pathway of PA2957 using ITC, SPR methods. These results will expand our fundamental understanding of the fatty acid utilization mechanism and function of PA2957, which will provide a theoretical basis for the development of novel anti-pathogenic drugs.

铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）是引起获得性医院内感染的主要病原菌之一，具有多重耐药性。铜绿假单胞菌在感染过程中需要获取能量和铁等营养物质维持高密度定殖，细胞表面活性物质磷脂酰胆碱分解得到的脂肪酸是其主要的营养来源之一。本项目前期研究通过比较感染前后全基因转录组发现转录因子PA2957显著影响铜绿假单胞菌的致病性，使用ChIP-seq发现PA2957直接调控多个脂肪酸吸收和代谢相关基因。本项目拟结合RNA-seq技术鉴定PA2957调控的下游靶基因及功能，运用ITC、SPR手段深入探索PA2957响应的信号分子，揭示PA2957调控脂肪酸代谢的机制及其功能。研究结果将有助于加深对细菌致病机制及PA2957功能的认识，为开发新的治疗手段提供理论基础。

铜绿假单胞菌是医院内常见的获得性病原菌，具有适应力强、耐药性广的特点，在临床治疗上面临难清除、难治愈等问题。铜绿假单胞菌在感染人体的过程中必须面对宿主体内营养环境的突变、免疫清除作用等生存压力，因此研究其适应宿主体内环境的机制具有很大的临床意义。本项目通过对比感染前后细菌转录组差异，筛选发现了一个显著影响细菌毒力的调控因子PA2957，因其与铜绿毒力调控相关将其命名为PvrA。PvrA通过激活细菌获取并利用呼吸道和肺部常见的营养物质长链脂肪酸的一系列催化酶（如：降解磷脂酰胆碱的PlcH、脂肪酸β氧化循环关键酶FadD1、FadD6、FadB等）基因的表达，帮助铜绿假单胞菌更好地适应宿主体内环境。进一步研究发现，细菌重要的信号转导机制，三大密度感应系统（QS）之一的PQS系统也受PvrA的直接激活（结合启动子促进PqsABCD、PhnAB的表达），从而增强毒力相关基因的表达。PvrA还通过抑制聚羟基脂肪酸（PHA）的合成（结合启动子抑制PhaG的表达）、脂肪酸的从头合成（结合启动子抑制FabY的表达），引导从外界脂肪酸中获取的碳链骨架更多地流向PQS、鼠李糖脂等毒力相关产物。在信号传导方面，研究发现脂肪酸β氧化的第一步产物脂酰辅酶A与PvrA相互作用并加强其结合目标核酸序列的能力，从而影响其调控能力。本项目的研究成果既探索了病原菌感染过程中应答宿主营养环境的调控机制，又揭示了病原菌能源代谢与毒力因子合成之间的紧密联系，还阐明了PvrA型调控因子的应答机制和调控的多能性。以上发现加深了对病原菌感染人体过程的认知，同时也为研发新的治疗手段和药物提供了新的思路。