氨基糖苷类抗生素通过破坏翻译保真度导致异常蛋白合成，从而杀死细菌。令人意外的是，尽管延伸因子G（EF-G）并不直接参与mRNA解码或阻止氨基糖苷类结合，其编码基因fusA的突变却常导致耐药。近期发表于《Nature Communications》的一项研究《Selective silencing of antibiotic-tethered ribosomes as a resistance mechanism against aminoglycosides》揭示了这一机制：EF-G耐药变异体能够在氨基糖苷类结合后选择性减缓核糖体沿mRNA的移动，从而延长药物解离时间，避免误读发生。该过程通过多轮延伸循环实现对药物结合核糖体的选择性“沉默”，防止错误簇形成，维持蛋白质组和膜完整性，进而阻止氨基糖苷类的自我促进摄取，使细菌在药物存在下仍能近乎正常生长。

该机制阐明了细菌通过“沉默受损靶标”实现耐药的新策略。研究进一步表明，fusA突变并不引起广泛的蛋白质组重构或间接调控耐药蛋白表达，而是通过特异性延缓氨基糖苷类结合核糖体的易位步骤，显著降低错误簇形成频率，从而维持细胞稳态与膜完整性。这一机制在多种病原体中高度保守，不仅拓展了对氨基糖苷类耐药进化的理解，也为应对多药耐药菌感染提供了新的治疗思路。

图1 EF-G变异体选择性减缓被氨基糖苷类结合的核糖体

a, 无氨基糖苷类存在时的易位速率。上图：易位实验示意图。在过量EF-G存在下，通过停流装置追踪荧光标记模型mRNA的荧光变化，测量同步化核糖体在单轮易位条件下移动一个密码子的过程。SSU，小亚基；LSU，大亚基。下图：柱状图显示通过指数拟合停流时间进程计算出的易位速率，表示为平均值 ± SD（标准差）。虚线表示野生型的速率。b, 体外翻译（有无氨基糖苷类存在）。上图：翻译实验示意图。将带有slyD mRNA和BodipyFL标记的Met-tRNA^fMet的核糖体起始复合物与EF-G（P610L或野生型）、氨酰-tRNA、GTP和延伸因子Tu（EF-Tu，未显示）的三元复合物混合。下图：在有无Apr（阿普拉霉素，1μM）存在下，使用野生型EF-G和P610L进行slyD翻译的时间进程。c, 在体外翻译30分钟后，随着Apr浓度增加，全长SlyD蛋白的翻译产量。d, 在饱和浓度的Apr（左图）或KanA（卡那霉素A，右图）（均为250 μM）下，氨基糖苷类对单轮易位速率的影响。虚线表示野生型EF-G在抗生素存在下的速率降低程度。

图2 EF-G变异体P610L选择性阻碍Apr结合核糖体的易位过程

a, 在Apr存在下，与70S核糖体结合的EF-G P610L的冷冻电镜图谱，分辨率为3.0 Å。其中，小亚基（SSU）呈深灰色，大亚基（LSU）呈浅灰色。A、P、E分别表示核糖体上的氨酰基、肽酰基和出口位点。图中显示了处于杂合状态的两个tRNA：P位点的去酰化tRNA（粉色）和A位点的肽酰-tRNA（洋红色）。局部放大图：展示了EF-G P610L的核苷酸结合口袋，其中结合了GDP-Pi；图中标出了参与稳定GDP-Pi的EF-G关键残基，包括GTP水解所必需的关键组氨酸残基（H91）。SRL指LSU上的皂草毒环。b, EF-G P610L GDP-Pi复合物（左图）与野生型（wt）EF-G GDP-Pi复合物（右图）中SSU构象的比较。为凸显结构差异，图中省略了mRNA和tRNA。粉色圆点指示了EF-G中P610L氨基酸替换发生的位置。c, 从(b)中所示结构观察Apr结合位点，证明野生型EF-G和P610L均未置换抗生素。A1492和A1493是解码中心的关键16S rRNA残基；RMSD，均方根偏差。d, 易位抑制机制。在Apr存在下，使用野生型EF-G（蓝色）或P610L（红色）进行易位的示意图。b和h分别代表SSU的体和头。核糖体-tRNA复合物显示了三种构象：经典C状态；SSU相对于LSU旋转的杂合H状态；以及SSU的头和体域彼此旋转且tRNA相对于SSU体域部分易位的嵌合CHI状态。e, 冷冻电镜颗粒分布。与野生型EF-G不同，EF-G P610L在Apr存在下阻碍了向嵌合（CHI）tRNA状态的过渡。

图3fusA突变大幅减少错误簇的形成

a, Apr处理的野生型和P610L细胞中的误读错误和错误簇。错误频率通过靶向质谱进行量化。圆圈大小代表检测到的误读肽段数量，点越小表示检测到的肽段越少。b, 用于评估(a)中翻译错误的Apr处理野生型和P610L细胞的生长曲线。c, 初始误读事件的错误频率（Ef）与相应错误簇频率之间的相关性示例。d, P610L与野生型相比，错误簇频率的距离依赖性。数据显示，两个误读氨基酸之间的密码子距离越长，错误簇在P610L中减少的幅度越大。e, 在三种fusA突变菌株中，错误簇形成的距离依赖性（均一化至野生型水平）。f, 对于P610L菌株，不同氨基糖苷类抗生素引起的错误簇形成抑制程度与MIC提升倍数之间的负相关性。Pearson系数（r）是衡量两个变量之间线性相关程度的统计指标。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-65298-7

DOI: 10.1038/s41467-025-65298-7