加拿大pc

新聞動態(tai)

馮友軍課題組Cell Reports發文在細菌耐藥機制研究中取得新進展

來源 : 基礎(chu)醫學系    發布時間 : 2021-05-21    瀏覽次數 : 1136
 

2021518, 加拿大pc馮友軍課題組與加拿大pc藥學院侯廷軍教授合作,在粘菌素耐藥的分子機制方面取得了新進展,相關研究成果在CELL子刊Cell Reports發表題為“The MCR-3 Inside Linker Appears as a Facilitator of Colistin Resistance”的研究長文。

病原細菌的耐藥性是全球所面臨的公共衛生領域的重大威脅,其中發展中國家(包括印度和中國)已發展為重災區。多粘菌素是一類陽離子型抗生素,在耐藥細菌的抗感染治療中,作為最后一道防線發揮關鍵作用。通過質粒傳播的MCR粘菌素耐藥酶的凸現與蔓延業已有席卷全球之勢,對粘菌素的臨床效果構成了嚴重挑戰(Trends Microbiol,2018)。自從2015年沈健忠院士團隊在我國南方率先發現MCR-1陽性質粒以來,MCR-1的新型變異體不斷涌現(MCR-2MCR-10),已構成了一個不斷壯大的耐藥基因家族(Trends Biochem Sci,2019)。MCR耐藥家族的凸現引起了廣泛關注,在學術界掀起了一股研究熱潮。

MCR-1屬于五次跨膜的整合性膜蛋白家族(JBC,2018),其C端定位于周質空間發揮著PEA-類脂A轉移酶的活性(mBio,2017)。從細菌脂代謝這一獨特視角,馮友軍課題組開展了MCR耐藥的機制研究(PLoS Pathog,2016)。該課題組較早發現了腹瀉病人腸道細菌所攜帶的不同類型MCR-1陽性質粒(mBio,2016),通過基因組流行病學研究進一步夯實了“MCR-1的質粒傳播多樣性/復雜性這一學術假說(Microbiome,2017)。繼闡明MCR-1耐藥的遺傳學基礎后,課題組亦揭示了天然粘菌素耐藥EptA與獲得性耐藥MCR-1/2的保守機制(mBio,2018)。通過與中山大學田國寶教授合作,探明了MCR家族新亞型MCR-3在中國的分布與催化機制(EBioMedicine,2018)。聯合四川大學宗志勇教授團隊,課題組報道了嗜水氣單胞菌所攜帶的大型MCR-5陽性質粒,并指出了MCR耐藥家族來源迥異,功能統一這一科學假說(Adv Sci,2019a)。

為探明MCR家族的進化來源,課題組開展了大規模的系統生物學探索: 1)確定了莫拉細菌天然粘菌素耐藥基因ICR-Mo,故其很可能是MCR-1/2的天然存儲(PLoS Genet,2018; 2)發現海洋希瓦氏菌的染色體攜帶了MCR-4的進化前體,通過漸進式進化獲得MCR-4的催化能力(Commun Biol, 2019),進而提出了一類內源性/非移動粘耐藥基因家族NMCR-1Adv Sci,2019b);3)通過系統分析MCR-8的生化基礎與耐藥表型,定義了非移動性粘菌素耐藥原件NMCR-2即為MCR-8的進化前體(Environ Microbiol,2021a)。新近,課題組亦發現了另一類防線類抗生素,即替加環素的新耐藥基因亞型Tet(X6)MCR-1通過單一質粒共同傳播產生共抗性的分子機制(Environ Microbiol,2021b)。

雖然上述研究拓展了對MCR耐藥酶催化機制的認知,然而對于其緣何以較低比例從眾多毫無耐藥能力的PEA-類脂A轉移酶家族中進化獲得耐藥能力而成為MCR亞類這一科學問題,我們當前知之甚少(圖1)。

為探明這一分子進化機制,馮友軍課題組聯合侯廷軍研究組利用分子對接/分子動力學模擬手段展開了系統研究。首先,通過對嗜水氣單胞菌的比較基因組分析,發現了其通過基因復制/擴增的過程產生MCR-3的功能性變體Ah762MCR-3.12這一不同尋常的罕見例子。基于分子對接的結構-功能分析首次勾勒了MCR-3.12的底物類脂A結合口袋。令人驚訝的是,該課題組發現位于跨膜區與催化結構域之間的59個氨基酸長度的鉸鏈區(命名為鉸鏈區-59)決定了MCR-3粘菌素耐藥能力(2)。通過整合遺傳學與生化表征,進一步揭示了該鉸鏈區-59儼然扮演了促進器(Facilitator)的角色,可激活無酶活的MCR變體,使其重獲粘菌素耐藥能力(圖2)。

相較于跨膜區TM決定了MCR-3耐藥酶的代償損失,該鉸鏈區-59并未參與其中(圖3)。

MD分子動力學模擬與ITC等熱滴定的交叉分析提示該促進器/鉸鏈區-59”在結構上促進了MCR-3耐藥酶的PE底物分子結合口袋的形成(圖4)。

該發現首次定義了一個MCR-3內置的耐藥決定原件。更為重要的是,該研究成果有希望為逆轉粘菌素耐藥的新靶點發掘提供新思路與新方法。

該研究得到了國家自然科學基金重點項目和國家重點研發計劃的聯合資助。本研究中進化分析溯源的相關內容得到了中科院南海海洋研究所高貝樂教授的鼎立協助。加拿大pc馮友軍教授與加拿大pc藥學院侯廷軍教授是該研究論文的共同通訊作者。

加拿大pc