铜绿假单胞菌是一种常见的机会致病菌，每年引发数万例医院获得性感染。美国疾病控制与预防中心（CDC）将其列为严重公共卫生威胁，尤其是多重耐药（MDR）菌株在医疗环境中的流行，且在 2019-2020 年因新冠疫情，医院获得性 MDR 感染发生率上升 32%。该细菌通过群体感应（QS）调控生物膜形成及毒力特征，其典型群体感应系统包含las、Rhl 和Pqs三大层级回路。其中，las 系统中的 LasR 被视为群体感应的主要转录调控因子，可上调Rhl系统。近日，一项揭示铜绿假单胞菌群体感应机制进化的重要研究成果发表于国际知名期刊《Nature Communications》。该研究题为 “Quorum-sensing synthase mutations re-calibrate autoinducer concentrations in clinical isolates of Pseudomonas aeruginosa to enhance pathogenesis”，由 Kayla A. Simanek、Megan L. Schumacher等人共同完成，深入解析了临床分离株中群体感应系统的适应性突变机制，为对抗该细菌引发的医院感染提供了全新研究视角。研究团队发现，携带lasR突变的临床分离株通常同时存在 RhlI 突变。通过超高效液相色谱 - 高分辨质谱（UHPLC-HRMS）分析，他们观察到lasR缺失菌株会过量产生 RhlI 合成的自体诱导物，而 RhlI 突变体能将自体诱导物浓度重新校准至野生型水平，进而恢复毒力表型。这一发现为急性感染中群体感应系统的可塑性机制提供了关键解释。

图 1：铜绿假单胞菌临床菌株中 RhlI 变异体的鉴定

a：基于 RhlI 序列的临床分离株系统发育树。b：借助 AlphaFold 预测的 RhlI 结构。c、d：基于 ConSurf 的保守性分析图。分别展示了临床菌株（c）和 150 个 LuxI 合成酶同源物（d）中 RhlI 残基的保守性。e：细胞 - free 上清液（CFS）补充实验结果。

图2： RhlI 突变体能在ΔlasR背景下恢复绿脓素的产生

a：野生型（WT，黑色）、ΔlasR（品红色）和ΔrhlI（灰色）菌株绿脓素时间进程实验的汇总图。b-d：不同 RhlI 突变体在野生型和ΔlasR背景下的绿脓素时间进程实验。其中，图b 为RhlI G62S 突变体（野生型背景为紫色，ΔlasR 背景为浅紫色），图c 为RhlI D83E 突变体（野生型背景为蓝色，ΔlasR 背景为浅蓝色），图d 为RhlI P159S 突变体（野生型背景为绿色，ΔlasR背景为浅绿色）。e：野生型、ΔlasR、ΔrhlI 及ΔlasR-RhlI突变体菌株的群集运动表型代表性图像。

图3：RhlI 突变体能降低ΔlasR背景下的 C₄HSL 水平

a-d：采用 UHPLC-HRMS 测定图 2 时间进程培养菌株细胞 - free 上清液中 C₄HSL 的绝对浓度（按各时间点 OD₆₀₀标准化），分别对应培养 5 小时（图a）、10 小时（图b）、18 小时（图c）和 24 小时（图d）的数据。e：野生型（黑色）、ΔrhlI（灰色）和ΔlasR（品红色）菌株在不同 C₄HSL 浓度下的绿脓素产量反应实验。

全文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-43702-4

DOI：10.1038/s41467-023-43702-4