铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）是一种广泛存在于自然环境中的微生物，在环境污染治理和土壤修复中发挥着重要作用，如产生鼠李糖脂帮助去除海洋潮间带沉积物中的重金属，形成生物膜降解石油和脱色染料。然而，它也是医院感染的主要病原菌之一，对多种抗生素具有耐药性，给临床治疗带来极大挑战，呼吸机相关性肺炎和血流感染的死亡率高达32%-42.8%和43.2%-58.8%。研究揭示铜绿假单胞菌耐药及致病新机制，有望助力抗感染及环境治理，近日，四川大学生物治疗国家重点实验室包锐研究员与兰州大学生命科学院何永兴教授发表于《Journal of Hazardous Materials》上名为“Host-derived peptide signals regulate Pseudomonas aeruginosa virulence stress via the ParRS and CprRS two-component systems”的研究，深入揭示了铜绿假单胞菌在应对宿主信号时的复杂机制，为防控该菌感染及利用其环境修复能力提供了重要依据。本研究聚焦于铜绿假单胞菌的两组分系统（TCS）ParRS和CprRS，研究人员通过构建突变菌株、进行生物膜形成实验、感染大蜡螟（Galleria mellonella）实验等一系列实验，发现ParRS和CprRS在生物膜形成和致病过程中起着不可或缺的作用。突变菌株的生物膜产量明显降低，感染大蜡螟后的毒力也显著减弱。值得注意的是，研究还发现人体中的强啡肽（dynorphin）能影响铜绿假单胞菌对多粘菌素的耐药性。强啡肽浓度增加时，不同突变菌株表现出不同的生长反应，CprRS突变菌株对强啡肽更为敏感，而ParS和ParR突变菌株则耐受性增强。进一步研究表明，ParRS和CprRS通过正向调节与耐药相关基因的表达，增强了细菌对多粘菌素的适应性耐药。结构分析显示，ParS和CprS的传感器结构域能直接与强啡肽结合，且CprS的结合亲和力更高。该研究成果具有重要的临床和环境意义。在临床方面，有望开发以ParRS和CprRS为靶点的协同抑制剂，结合抗菌药物治疗铜绿假单胞菌感染，减少医院感染的发生。在环境领域，基于TCS与强啡肽的调节作用，可开发生物传感器监测环境中的病原菌污染，同时利用铜绿假单胞菌生物膜相关酶活性进行生物修复，处理环境污染物。

图一：ParRS和CprRS系统有助于铜绿假单胞菌的生物膜形成和毒力。

（A） 野生型（WT）和突变菌株的生物膜生产。将过夜细菌培养物在LB培养基中以1:100的比例稀释，转移到24孔PVC板（BIOFIL）中，在37℃下孵育24小时。然后用结晶紫对生物膜进行染色，并在570 nm下进行测量，使用单因素方差分析统计检验。（B-D）在G.mellonella感染模型中测量的WT和突变菌株的毒力。每株G.mellonella注射10μL铜绿假单胞菌稀释液（4×10³ CFU/mL）或磷酸盐缓冲盐水（PBS，阴性对照）。感染后，对G.mellonella进行了30小时的监测（MantelCox检验用于统计，p<0.05）。

图二：强啡肽和多粘菌素存在下野生型和突变株生长的特征。

（A-B）与野生型菌株相比，存在更高浓度的强啡肽（A）和多粘菌素（B）会显著影响ΔcprS、ΔcprR、ΔparSΔcprS和ΔparRΔcprR菌株的生长。DYN：强啡肽，PB：多粘菌素B，CT：粘菌素，并对数据进行t test检验。

图三：表征周质传感器结构域和强啡肽之间的相互作用。

（A-B）ParS（A）和CprS（B）的蛋白质结构示意图。（C-D）在强啡肽（C）和多粘菌素（D）浓度较高的情况下，ΔparS_SD、ΔparS_SDΔcprS、ΔcprS_SD和ΔparSΔcprS_SD传感器结构域缺失突变菌株的生长减少。DYN：强啡肽，PB：多粘菌素B，CT：粘菌素。（E-F）强啡肽与ParS（E）和CprS（F）蛋白的亲和力用微尺度热泳（MST）测定法测量。最终的蛋白质浓度为200 nM，强啡肽从2 mM开始被稀释了16倍。

原文链接: https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2023.132512

Doi: 10.1016/j.jhazmat.2023.132512