微生物所發現控制細菌生活方式轉變的新機制

最近，中國科學院微生物研究所錢韋研究組在PLoS Pathogens上在線發表了一項題為Cyclic-di-GMP binds histidine kinase RavS to control RavS-RavR phosphotransfer and regulates the bacterial lifestyle transition between virulence and swimming 的成果，該研究發現一種細菌控制生活方式轉變的生物化學新機制。

絕大多數動、植物病原細菌是所謂條件型致病菌（opportunistic pathogen）。這類病原在正常生存（free-living）時對寄主無害甚至有益。但是，當它們侵入到寄主體內，或進入到非正常生活的寄主組織中，細菌可能因生境發生劇烈變化（比如受到免疫系統的攻擊）而表達毒力因子，轉而用毒性生活（virulence）來保護自己。例如，共生於人類皮膚表面的金黃色葡萄球菌、銅綠假單胞菌、鏈球菌等細菌對人體無害，而一旦通過傷口進入體內則可能導致嚴重感染和各種機體炎症。因此，對於條件致病型細菌而言，從自由生存到毒性生活的相互轉變是其生存鬥爭的需要，受到細菌細胞感知系統的精細控制。

這項新研究發現：植物病原細菌－野油菜黃單胞菌細胞內一個名為RavS的受體在控制細菌生存方式轉變中發揮著重要作用：RavS是一種組氨酸激酶，當其處於高磷酸化水平時，它控制細菌遊動，但抑制細菌的毒力；但當RavS處於低磷酸化水平時，它雖然對毒力沒有控制作用，但卻抑制細菌的遊動性。因此，當細菌需要從自由生存狀態向毒性狀態轉變時，RavS的磷酸化水平必須下降到較低水平。研究發現，這一下降過程是由細菌細胞內第二信使分子c-di-GMP（環二鳥苷單磷酸）嚴格控制的：c-di-GMP直接接合到RavS的ATP酶區，顯著增強了它的磷酸轉移酶活性。在將磷酸基團「甩」給下游反應調節蛋白RavR以後，RavS的磷酸化水平自然回歸到較低水平，從而解除對細菌毒力因子表達的抑制作用。因此，c-di-GMP信號分子與受體RavS的相互作用是調控細菌自由生活向毒性轉變的關鍵環節。

值得注意的是，在上述控制過程中，細菌雙組分信號轉導系統RavS-RavR之間的特異性關係不但決定於這兩個蛋白的一級序列，而且需要c-di-GMP信號分子的驅動。因此，研究新發現了一種控制細菌雙組分信號轉導系統特異性的生物化學機制，並為發展新型抗菌化合物提供了關鍵分子作用靶標。

該研究主要由錢韋研究組的博士後程壽廷完成。此項研究得到國家重點研發計劃、中科院戰略性先導科技專項和國家傑出青年科學基金等的聯合資助。

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