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我院歐陽松應教授課題組在《PLoS Pathogens》上發表揭示新型裂解酶高效殺滅致病菌分子機理的研究成果

時間:2020-03-17瀏覽:569

隨著細菌耐藥性問題的日益突出,新型抗生素的研制速度遠遠趕不上耐藥菌的進化速度,特別是農業農村部規定2020年起飼料中全面禁止添加抗生素,尋找新的抗菌制劑刻不容緩。而噬菌體及其裂解酶因其高效的殺菌能力及高度的宿主專一性而成為新一代候選抗菌制劑之一。

糞腸球菌(Enterococcus faecalis,簡稱E.faecalis)是一種革蘭氏陽性菌,又名糞鏈球菌,其普遍存在于人或動物腸道、口腔及生殖道內,可引起人的心內膜炎、菌血癥、泌尿道感染及腦膜炎等多種疾病。在需氧革蘭氏陽性菌導致的醫院內感染中,其致病率僅次于葡萄球菌,在全球范圍內每年由于糞腸球菌感染而導致死亡的人數高達1.7萬并且還在逐年攀升。

福建師范大學生命科學學院、南方生物醫學研究中心歐陽松應課題組長期從事病原體-宿主相互作用分子機制的研究,具體包括4個方面:宿主天然免疫識別病原體(包括致病菌、病毒等)分子機制、病原體逃逸宿主免疫反應分子機制、致病菌識別噬菌體感染適應性免疫分子機制(CRISPR-Cas系統)以及基于結構的抗病毒干預手段研究和基于噬菌體裂解酶的新型抗菌制劑研究等領域。

20203月16日,福建師范大學生命科學學院、南方生物醫學研究中心歐陽松應課題組在國際知名雜志《PLOS Pathogens》上在線發表了題為“Structural and functional insights into a novel two-component endolysin encoded by a single gene in Enterococcus faecalis phage的研究論文。該論文報道了個獨特的由單個基因編碼兩個蛋白組合而成的裂解酶LysIME-EF1,高效裂解致病性糞腸球菌的分子機理。

    

該研究表明,LysIME-EF1能夠高效的裂解E.faecalis,尤其對近30株臨床上引起尿道感染、敗血癥、化膿性腹部感染等的致病性糞腸球菌具有很高的裂解活性,具有巨大的潛在應用價值。LysIME-EF1N端為CHAP 結構域(cysteine, histidine-dependent amidohydrolases/peptidases domain),中間為一段Linker區,C端為細胞壁結合結構域(Cell-wall binding domain, CBD)(圖1A)。為闡述LysIME-EF1高效殺菌活性的分子機理,研究人員進而通過X-射線晶體衍射確定了它的三維結構,意外的發現LysIME-EF1具有獨特的三維結構其整體結構由1分子全長LysIME-EF1額外的三分子CBD形成異源四聚體動畫1,圖1B,1C)。研究人員通過深入分析發現LysIME-EF1基因ORF502-504位編碼的甲硫氨酸(M168)密碼子的上游有一個核糖體結合位點(Ribosomal binding site, RBS,導致LysIME-EF1 CBD產生的原因(圖2A)。隨后,研究發現LysIEM-EF1獨特的異源四聚體賦予其高效裂解糞腸球菌臨床株的能力(圖2B)。在此基礎上,該研究通過流式細胞分篩技術及細菌裂解實驗等方法找到了LysIME-EF1 CBD結合細胞壁的關鍵氨基酸(動畫2)??傊?/span>,該研究首次從結構與功能角度闡明了糞腸球菌噬菌體的單個基因編碼多組份裂解酶作用機理,對多重耐藥性糞腸球菌的抗菌藥物開發具有重大意義。

福建師范大學生命科學學院、南方生物醫學研究中心歐陽松應教授和病原體與生物安全國家重點實驗室米志強副研究員為本文的通訊作者,福建師范大學為第一完成單位,歐陽松應課題組南方生物醫學研究中心碩士研究生周彪、生命科學學院甄向凱副研究員、中科院上海應用物理所周歡老師以及北京化工大學研究生趙飛揚為論文的共同第一作者,課題得到了北京化工大學童貽剛教授的大力支持,武漢大學范成鵬老師,福建師范大學歐陽松應課題組研究生Vanja Per?ulija也參與部分工作。本研究得到國家自然科學基金委和福建師范大學的經費支持。


動畫1


動畫2

1 LysIME-EF1的整體結構,其中N端CHAP結構為綠色,C端的細胞壁結合結構域(CBD)為紅色,其他三個額外的CBD不同的灰色陰影部分。

2 LysIME-EF1的核糖體結合位點和基因內部(in-frame)的起始密碼子。在LysIME-EF1基因內部,鑒定了一個核糖體結合位點紅線下劃線)和基因內部起始密碼子藍線下劃線。核糖體結合位點和基因內部起始密碼子的突變導致額外三個CBD的消失以及裂菌活性的大幅度下降。


文章鏈接:https://journals.plos.org/plospathogens/article?id=10.1371/journal.ppat.1008394

或 https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1008394 

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