绿脓杆菌VI型分泌系统效应分子的结构功能研究

With the wide-spread of antibiotic resistant bacteria, it is an urgent need to find new ways to address this serious health-related problem. Pseudomonas aeruginosa, one kind of Gram-negative pathogens, could cause infections and serious disease when normal immune defenses are disrupted. The latest discoveries found that Pseudomonas aeruginosa could inject three toxic effectors Tse1, Tse2 and Tse3 into the host cells or competitive bacteria cells by using its needle-like apparatus of type VI secretion system, eventually leading to the death of target cells, but protect itself by specific antitoxins of Tsi1, Tsi2 and Tsi3. This unique mechanism is a key determinant for Pseudomonas aeruginosa in competition for fitness advantage and its pathogenic infection but nobody knows how it works. By mainly use of powerful X ray crystallography, accompanying with modern molecular biology and biochemistry techniques, our project will try to elucidate the molecular mechanism of the Type VI virulence secretion system and its toxic effectors in Pseudomonas aeruginosa. With full understanding of this pathogenesis and self-protection mechanism, we may gain new insights on how to prevent infection for antibiotic resistant Gram-negative bacteria.

随着抗生素的滥用及各种病原菌抗药性的日益严峻，新型抗菌药物及抗菌方法的发展已经越来越迫切的摆在人类面前。绿脓杆菌是广泛存在的,能够引发严重感染的革兰氏阴性病原菌,最新研究结果表明绿脓杆菌能够通过其VI型分泌系统将三种毒性效应分子Tse1、Tse2和Tse3注入到寄主细胞或竞争性细菌胞内从而杀死目的细胞,而其自身存在特异的抗毒蛋白Tsi1、Tsi2和Tsi3免于这种杀伤,这一独特的机理是绿脓杆菌取得生存竞争优势和感染致病的重要原因, 但是各个毒蛋白/抗毒蛋白的运输及相应的作用机理目前是一片空白。本项目将利用结构生物学为主要研究手段，结合现代分子生物学及生物化学方法,研究绿脓杆菌的VI型分泌系统效应分子的结构与功能，从而阐明这一独特的侵染－杀伤－自保护机制, 为发展新型抗菌药物提供新的研究思路和基础。

随着抗生素的滥用及各种病原菌抗药性的日益严峻，新型抗菌药物及抗菌方法的发展已经越来越迫切的摆在人类面前。绿脓杆菌是广泛存在的,能够引发严重感染的革兰氏阴性病原菌, 2011年Nature首次报道了绿脓杆菌能够通过其VI 型分泌系统将三种毒性效应分子Tse1、Tse2 和Tse3 注入到寄主细胞或竞争性细菌胞内从而杀死目的细胞,而其自身存在特异的抗毒蛋白Tsi1、Tsi2 和Tsi3 免于这种杀伤,这一独特的机理是绿脓杆菌取得生存竞争优势和感染致病的重要原因, 但是各个毒蛋白/抗毒蛋白的运输及相应的作用机理目前是一片空白。本项目针对VI分泌系统作用的重要毒性因子Tse1、Tse2、Tse3 和他们的自身抗毒因子Tsi1、Tsi2、Tsi3 展开结构功能研究，通过解析单体蛋白质和复合物的晶体结构，在此基础上利用分子生物学、生物化学等手段进行点突变和生化功能研究，阐明了毒性因子杀伤机理与抗毒蛋白中和机理。. 按照本项目计划书的研究计划，我们按时完成了各项研究任务。我们通过基因重组表达了Tse1、Tsi1、Tse3和Tsi3并得到精细纯化，解析了Tse1、Tsi1、Tse3和Tsi3的单体或复合物的X射线晶体结构，已将相关数据提交到了国际蛋白质结构数据库，同时开展了定点突变和生化功能研究，在JBC、Cell Chemical Biology等国际一流期刊发表研究论文数篇，一名本项目相关的博士研究生通过北京大学博士论文答辩。