科學家發現一種克雷伯氏菌菌素并揭示其轉運機制

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近日，國家現代農業產業（水禽）體系免疫抑制病防控崗位專家、四川農業大學動物醫學院動物醫學免疫學研究所程安春/趙新新團隊在自然指數期刊Journal of Biological Chemistry發表研究論文。該研究發現并鑒定了一種克雷伯氏菌的細菌素KlebE，證實KlebE是一種穿孔細菌素，具有強力殺菌作用。研究揭示該毒素的轉運依賴于毒素不同區域與外膜蛋白OmpC和內膜蛋白TonB的相互作用。

抗生素在人、動物上的大量使用、誤用等問題使得多種致病菌的耐藥問題日益嚴重。據預測，到2050年，因耐藥問題導致的死亡人數將達到每年1000萬，超過心血管系統和癌癥導致的死亡。世界衛生組織近期將包括大腸桿菌、克雷伯氏菌在內的9種致病菌列為重點關注對象。同時，抗生素新藥的研發陷入困境。因此，新型抗菌策略的研制成為對抗耐藥菌感染的迫切需求。細菌素是細菌產生的一種參與細菌間競爭的多肽類物質。與抗生素相比，細菌素具有窄譜性（不殺傷共生菌）、副作用小等優點，是潛在的抗生素替代藥物。而理解細菌素的轉運機制、殺菌機制是將其應用于臨床的前提。

細菌素在細菌中普遍存在，大腸桿菌素已被大量發現和頻繁研究，而腸桿菌科其他細菌的細菌素仍有待發現和鑒定。該研究通過生物信息學方法掃描100多株水禽源沙門菌和肺炎克雷伯氏菌菌株的基因組，發現并鑒定一種克雷伯氏菌細菌素，命名為KlebE。研究證實，KlebE是一種小分子毒素，參與克雷伯氏菌的種內競爭。純化的KlebE具有高效殺菌特性，可破壞敏感菌的細胞膜，并對人工細胞膜具有直接的膜透化作用，表明它是一種穿孔細菌素。蛋白質互作試驗和平板抑菌試驗表明，KlebE的殺菌效應依賴于OmpC和Ton系統，毒素可與OmpC、TonB發生相互作用。

進一步的點突變試驗證實，KlebE的TonB box為位于N端的7肽序列，而其與OmpC的結合區域位于中部的非結構區。最后，通過比較敏感菌株、耐受菌株的OmpC序列，發現OmpC第91位天冬氨酸是決定KlebE殺菌效應的關鍵氨基酸。該研究為克雷伯氏菌細菌素療法的開發奠定了理論基礎。

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GUV試驗證實KlebE的膜穿孔作用     四川農大供圖