中國科學(xué)院南海海洋研究所王曉雪研究員團(tuán)隊(duì)在接合質(zhì)粒上的毒素-抗毒素系統(tǒng)（Toxin?Antitoxin，TA）促進(jìn)耐藥質(zhì)粒傳播機(jī)制研究方面取得重要進(jìn)展。相關(guān)研究成果以"A Noncanonical Intrinsic Terminator in the HicAB Toxin?Antitoxin Operon Promotes the Transmission of Conjugative Antibiotic Resistance Plasmids"為題，于2月27日在線發(fā)表于國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《核酸研究》（Nucleic Acids Research，最新影響因子16.7）。南海海洋所2021級(jí)直博生林兼仲，博士后尼松偉（已出站），博士后李百元（已出站），以及南海海洋所研究員郭云學(xué)，為論文共同第一作者，研究員王曉雪為論文通訊作者。
盡管多種策略被指定來限制抗生素濫用，但通過接合型質(zhì)粒傳播的抗生素耐藥基因的傳播仍然是一場(chǎng)全球公共衛(wèi)生領(lǐng)域的重大挑戰(zhàn)。攜帶粘菌素耐藥基因mcr-1的IncI2類型質(zhì)粒在全球范圍內(nèi)廣泛傳播，即使在粘菌素被禁止作為飼料添加劑后仍在臨床中持續(xù)存在。這些質(zhì)粒通常攜帶多對(duì)TA系統(tǒng)，但TA系統(tǒng)的功能差異及其在抗生素限用后持續(xù)傳播的機(jī)制仍不明確。
研究團(tuán)隊(duì)對(duì)攜帶mcr-1耐藥基因的IncI2類型質(zhì)粒上兩大類TA系統(tǒng)進(jìn)行，研究發(fā)現(xiàn)HicAB（而非StbDE）系統(tǒng)是增強(qiáng)質(zhì)粒間水平競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵成癮模塊，闡明了HicAB通過重編程TA系統(tǒng)的轉(zhuǎn)錄控制質(zhì)粒競(jìng)爭(zhēng)力的新策略。與傳統(tǒng)的II型TA系統(tǒng)不同，IncI2質(zhì)粒上的HicAB系統(tǒng)利用毒素基因位于抗毒素基因上游的布局，引入了非經(jīng)典內(nèi)在轉(zhuǎn)錄終止子，提高毒素蛋白與抗毒素蛋白的比例發(fā)揮“成癮效應(yīng)”。這種新編程的TA轉(zhuǎn)錄模式顯著增強(qiáng)了無抗生素選擇壓力下的質(zhì)粒競(jìng)爭(zhēng)力和質(zhì)粒存續(xù)能力。
本研究闡明了TA操縱子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)重構(gòu)機(jī)制對(duì)質(zhì)粒在微生物群落中獲得定殖優(yōu)勢(shì)的影響，為靶向控制耐藥基因傳播提供了關(guān)鍵理論依據(jù)。研究聚焦IncI2型接合質(zhì)粒這類重要耐藥基因載體，其作為多粘菌素和β-內(nèi)酰胺類耐藥基因快速傳播的核心媒介，在抗生素濫用背景下于環(huán)境中顯著富集。值得注意的是，這類質(zhì)粒展現(xiàn)出獨(dú)特的生態(tài)適應(yīng)性優(yōu)勢(shì)：其宿主適應(yīng)性代價(jià)較低，即便在抗生素使用受限的情況下仍能穩(wěn)定存續(xù)，最終演化為耐藥基因和毒力因子傳播的重要載體。研究表明通過靶向TA系統(tǒng)開發(fā)特異性抑制劑可有效消解這類"基因傳播工具"的生態(tài)適應(yīng)性優(yōu)勢(shì)，該發(fā)現(xiàn)為臨床及環(huán)境領(lǐng)域遏制耐藥基因傳播提供了重要的干預(yù)靶點(diǎn)，對(duì)完善耐藥性傳播防控策略具有顯著科學(xué)價(jià)值。
該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、科技基礎(chǔ)資源調(diào)查專項(xiàng)、“海洋負(fù)排放”國際大科學(xué)計(jì)劃、廣東省本土創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目和南海海洋所基礎(chǔ)前沿與創(chuàng)新發(fā)展 “一體化”項(xiàng)目等項(xiàng)目的資助。
相關(guān)論文信息：https://academic.oup.com/nar/article/53/5/gkaf125/8044955?searchresult=1
非經(jīng)典內(nèi)在終止子促進(jìn)毒素-抗毒素系統(tǒng)介導(dǎo)的接合耐藥質(zhì)粒傳播
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