廈大團隊破解細菌死亡密碼

來源：福建日報

本報訊 （記者 李珂） 近日，廈門大學公共衛生學院趙西林教授課題組在細菌死亡研究領域斬獲重大進展，其成果發表於國際頂尖學術期刊《美國國家科學院院刊》。這項研究爲科學界深入理解細菌的生死奧秘打開了新大門。

近百年來，生命科學領域對“生”的認知已經獲得良好積累，但對“死”的瞭解卻因研究手段受限而仍十分匱乏。細胞死亡的進程，如同神秘的黑匣子，難以觀測其中究竟。趙西林教授課題組獨闢蹊徑，經過多年探索攻關，巧妙逆向思維，從研究細菌細胞如何抵抗死亡入手，來反向推導死亡發生的分子機理，從而突破死亡研究的一些技術瓶頸。

據趙西林教授介紹，團隊在先前研究中，以消毒劑苯酚作爲“壓力應激源”，在大腸桿菌中篩選出一種耐受消毒劑苯酚殺傷力的突變體。這個抗死耐受突變體的關鍵，在於編碼碳水化合物磷酸轉移系統（PTS）的ptsI（磷酸轉移酶I）基因存在遺傳缺陷。這一缺陷通過干擾PTS—cAMP（環磷酸腺苷，一種第二信使信號分子）—Crp（cAMP受體蛋白）轉錄調控途徑，就像改變了細菌內部的“能量生產線”，讓碳通量從三羧酸循環重新向糖酵解和磷酸戊糖途徑轉移。而這種代謝重編程，會導致呼吸作用和能量供體ATP（三磷酸腺苷）合成的降低，減少了消毒劑或其他殺菌藥物誘發的活性氧（ROS）積累，細菌從而表現出對多種消毒劑和抗菌藥物的廣譜泛耐受性。

趙西林表示，這一發現首次揭示出多個關鍵點：細菌細胞存在普適共享死亡通路；PTS缺陷通過抑制cAMP-CRP轉錄調節通路，賦予細菌對多種類型消毒劑和抗生素的廣泛抗死耐受性；cAMP（環磷酸腺苷）可充當死亡信號分子；代謝編程則掌握着細菌的生死大權。

研究並未止步於此，課題組進一步深挖，以∆ptsI（ptsI基因缺失）突變株作爲起始菌株，以消毒劑苯酚作爲應激源，進一步富集篩選獲得了一種新的超級泛耐受抗死突變體pheS F158C。該突變降低了苯丙氨酰-tRNA合成酶 (PheRS) 的功能，引發一系列連鎖反應：大量去氨酰化苯丙氨酰tRNA積累並佔據核糖體A位點，從而激活relA（ppGpp合成酶）基因表達，進而促進ppGpp（四磷酸鳥苷）的合成，隨後ppGpp與DksA（RNA聚合酶結合蛋白）協同作用於RNA聚合酶，啓動特定基因的轉錄，進而增強RpoS（全局應激轉錄調控因子）的穩定性和翻譯，促使下游抗氧化基因和壓力應激蛋白的表達上調，最終顯著抑制了多種消毒劑對細菌的致死效應，讓細菌在多種消毒劑壓力存在時獲得更強的生存能力。

這些結果證實，ppGpp（四磷酸鳥苷）能作爲抗死響應信號分子，幫助細菌應對不同類型的消毒劑致死壓力。本研究不僅開闢了消毒劑泛耐受的新研究領域，還爲闡明細菌死亡及其抵抗死亡的生物學本質開啓了破冰之旅。