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《细胞报告》封面论文:​首都医科大学曾辉/陈晨报道新型细菌大片段DNA传递系统

已有 761 次阅读 2022-11-9 09:06 |个人分类:小柯生命|系统分类:论文交流

目前,全球每年有多达500万人的死亡与抗生素耐药性有关。抗生素耐药性基因水平转移(HGT)是多耐药细菌产生和快速扩散的主要原因,控制多耐药细菌HGT水平是防控多耐药细菌产生和扩散的关键。细菌四型分泌系统(T4SS)目前已知的唯一能介导细菌HGT的分泌系统。


北京时间2022年11月8日晚,首都医科大学附属北京世纪坛医院生物医学创新中心曾辉教授陈晨教授团队在Cell Reports发表封面论文——“A chromosome encoded T4SS independently contributes to horizontal gene transfer in Enterococcus faecalis”,首次在革兰氏阳性粪肠球菌中发现了一种能够介导HGT的基因组编码的CE-T4SS。

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世界卫生组织的耐药菌名单中,万古霉素耐药肠球菌(VRE)是革兰氏阳性菌中优先级最高的病原菌。整合在粪肠球菌基因组上的万古霉素耐药基因,是否能传播至其他细菌中是临床最关心的问题之一。既往认为,耐药基因在病原菌之间的传播依赖于接合质粒的扩散。然而团队在研究中发现,VRE即使在缺少质粒的条件下,整合在基因组上的基因仍然扩散到其他细菌中。后续生物信息学研究表明:粪肠球菌的基因组存在T4SS的同源基因簇virB4-virB6-virB8-virB11更为重要的是,在数据库中含有全长基因组的548个和临床收集251个的菌株中,超过40%的粪肠球菌携带该基因簇,由于这个基因簇存在于基因组上,因此研究人员将其命名为CE-T4SS。

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图1. CE-T4SS的发现和HGT发生

为了进一步探究这一基因元件的功能,研究人员对CE-T4SS基因进行基因敲除和回补实验,证实了基因组中CE-T4SS具有基因转移功能,明确了virB4virB6是转移过程中的关键基因。与传统的T4SS介导的基因转移不同,CE-T4SS产生的接合子具有高度遗传多样性。CE-T4SS还能够介导整个基因组范围内大片段基因的转移。研究人员将粪肠球菌已知的12个基因组岛(G1-G12)都做了标记。除了G7外,CE-T4SS可转移几乎所有基因组岛中的序列片段。粪肠球菌这种难以预测的、难以控制的HGT方式,是多耐药产生和扩散的重要机制。

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图2. CE-T4SS基因功能的确定

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图3. CE-T4SS介导基因水平转移的功能特征

在部分粪肠球菌中,同时存在以pCF10为代表接合质粒和CE-T4SS。为了进一步探讨CE-T4SS和pCF10介导接合转移的差别,研究人员建立了一系列的突变体和回补菌株。结果表明,CE-T4SS通过识别pCF10不同的转移起始位点来独立发挥功能。

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图4. CE-T4SS和pCF10通过识别不同的oriT介导独立的HGT过程

与传统的T4SS相比,CE-T4SS在基因结构、蛋白功能和转移方式上都存在差异,因此是一种具有理论突破意义的、全新的T4SS。在抗生素耐药不断增加的时代背景下,CE-T4SS的发现对多耐药细菌防控和新型治疗手段的开发具有重要的意义。

首都医科大学附属北京世纪坛医院滑明溪博士、附属北京地坛医院代东发博士为论文共同第一作者,首都医科大学附属北京世纪坛医院陈晨教授曾辉教授为共同通讯作者。

相关论文信息:

https://doi.org/10.1016/j.celrep.2022.111609



https://m.sciencenet.cn/blog-3423233-1362930.html

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