PNAS报道华理一重要研究进展 发现细菌感应β-内酰胺类抗生素并产生抗性的新机制
日前，美国科学院院报PNAS（Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, doi: 10.1073/pnas.1520300113），在线发表了（http://www.pnas.org/content/113/6/1648.abstract）我校生物反应器工程国家重点实验室和美国康涅狄格大学合作发现的有关细菌感应β-内酰胺类抗生素并产生抗性的新机制。该发现为针对病原性弧菌新型抗菌药物的理性设计和β-内酰胺类抗生素的改进研究奠定了基础。我校生物工程学院阿华所青年教师王启要教授为此论文共同第一作者。
导致人类和海洋动物致病的海洋病原性弧菌（非O1-O139霍乱弧菌、副溶血弧菌、溶藻弧菌和鳗弧菌等）天生就具有β-内酰胺类抗生素抗性，然而，其产生抗性的信号传导和调控机制还不为人熟知。研究发现：一般情况下，β-内酰胺类抗生素干扰革兰氏阴性细菌细胞壁合成所需转肽酶（也称为青霉素结合蛋白）的活性。相应地，细菌由于细胞壁受损，胞壁肽在周质空间中积累并转运至细胞内，结合至转录因子AmpR后活化后者的转录活性并激活β-内酰胺类抗生素抗性基因（β-内酰胺酶基因）的表达。β-内酰胺酶降解内β-酰胺环并使抗生素失活，因而，细菌产生对该类抗生素的抗性。
研究人员首次发现了双组分系统BrsK-BrrR能以不依赖经典细胞壁损伤应激的机制感应胞外β-内酰胺类抗生素，并且直接调控抗性基因表达（图A），其中，组氨酸激酶BrsK胞外的口袋结构（图B红色部分）能直接结合β-内酰胺类抗生素，并通过BrsK胞内组氨酸位点与BrrR的天冬氨酸位点的磷酸化-去磷酸化机制，将信号传递至胞内调控抗性基因表达。相比于经典信号转导途径，该机制依赖双组分系统直接识别并结合抗生素，响应迅速并不需要细胞壁损伤信号，在细菌抗生素抗性机制进化中具有明显优势。
该研究工作得到我校“外专千人”特聘教授/哈佛医学院Matthew K. Waldor教授大力支持，并得到国家自然科学基金面上项目的资助。
■ 相关链接：
Lu Li1, Qiyao Wang1, Hui Zhang, Minjun Yang, Mazhar I. Khan, Xiaohui Zhou. A sensor histidine kinase is a beta-lactam receptor and induces resistance to beta-lactam antibiotics. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2016, doi/10.1073/pnas.1520300113