四环素类抗生素自70多年前发现以来，在临床和农业中得到了广泛的应用。四环素耐药性在临床样本中最常见的是外排泵和核糖体保护蛋白。这些机制产生的耐药性被第三代四环素类药物(即甘环素类药物)所抵消，如替加环素。替加环素是用于鲍曼不动杆菌等耐多药病原体感染的“最后手段”。然而，由于出现了第三种耐药机制：四环素失活酶，四环素类抗生素的持续使用受到了威胁。四环素破坏酶(TDases)是黄素单加氧酶，可以赋予细菌对所有四环素抗生素的抗性。最近报道的TDase序列的数量和多样性的增加使得对TDase序列-结构-功能景观的深入研究成为可能。

2024年3月16日，Kevin S. Blake等人在communication sbiology（IF=5.9）上发表了题为“Sequence-structure-function characterization of the emerging tetracycline destructase family of antibiotic resistance enzymes”的研究论文。该研究基于HMM的方法，在埃希氏菌中筛选了50个高分候选序列，从而发现了13个新的TDases。测定了两种军团菌新酶的X-ray晶体结构，并证实了无水四环素对其四环素灭活活性的抑制作用。基于MSA的方法，作者确定了31个氨基酸位置在所有已知的TDase序列中100%保守。采用丙氨酸扫描诱变法分析两种TDases中这些位点的作用，研究其对细胞和体外活性、结构和稳定性的影响。这些结果扩大了TDase序列的多样性，并为TDase和黄素单加氧酶中重要残基的作用提供了更广泛的有价值的见解。

图1：使用配置文件HMM鉴定的新型TDase的表征。a：测试HMM预测序列和表征TDase序列的无根最大似然树。b：忽略分支长度的非冗余表征TDase序列的最大似然分支图。c：新鉴定的TDase基因的MIC热图。

图2：军团菌属的X射线结构和对2型TD酶的抑制。a：Tet（56-2）（PDB8TWG）。b：Tet（56-3）（PDB8TWF）的X射线结构。c：棋盘全细胞通过脱水四环素抑制表达TDase的大肠杆菌。每个点表示无水四环素的浓度，将每个菌株的MIC降低到给定浓度的四环素。d：体外脱水四环素抑制Tet（56-2）。e：Tet（56-3）降解四环素抗生素，可视化为表观IC50使用通过光学吸光度测定测量的酶速度生成的曲线。

图3：识别对TDase功能至关重要的氨基酸位置。a：TDase组合MSA的线性基因图。b：Tet（X7）单体A（6WG9）晶体结构，其中31个保守残基在Cα位置显示为球体。c：丙氨酸取代对抗性活性影响的热图。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s42003-024-06023-w

DOI：10.1038/s42003-024-06023-w