PNAS：大肠杆菌如何造成尿路感染

来源：作者：人气：-发表时间：2024-05-07 10:38:00【大中小】

摘要：研究分析了大肠杆菌（E. coli）如何在几乎无菌的新鲜尿液中利用宿主的营养物质快速繁殖。

由于解剖结构的特殊性，女性特别容易患尿路感染。几乎有一半的女性在一生中的某个时候会患上尿路感染。

几十年来，科学家们一直在试图弄清细菌是如何在健康的人体内立足的。他们从各个方面开展研究，包括微生物如何在膀胱内移动和粘附到膀胱内侧，以及它们如何释放毒素并产生不舒服和疼痛的感觉等。

近日，一项发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上的研究分析了大肠杆菌（E. coli）如何在几乎无菌的新鲜尿液中利用宿主的营养物质快速繁殖。

图1ABC转运蛋白作为在尿路致病性大肠杆菌的毒力因子所呈现的作用

由密歇根大学医学院的微生物学和免疫学教授Harry Mobley领导的研究团队首先研究了在小鼠模型中繁殖能力较差的突变菌株，以鉴定可能对建立感染很重要的细菌基因。

在此过程中，他们发现一组控制转运系统的基因是至关重要的。

“当细菌在生长过程中需要某种东西时，比如氨基酸，它们可通过两种方式获得，” Mobley解释说。“它们可以自己制造，也可以利用我们所说的转运系统从宿主那里窃取。”

Mobley称，他们之前的基因表达筛选结果表明，近25%的细菌基因是为这种“窃取”策略设计的，包括特定氨基酸的转运系统，大肠杆菌利用该系统每秒引入数千个分子。

研究人员将大肠杆菌的转运蛋白库与其他尿路感染病原体进行交叉对比，以了解哪些转运蛋白对感染很重要。他们发现，一种名为ABC（ATP结合盒式蛋白）的转运蛋白似乎至关重要。

然后，他们利用小鼠尿道制成的器官琼脂证实，ABC转运蛋白对感染是必不可少的。缺乏这些营养输入系统的细菌菌株在膀胱和肾脏器官琼脂上无法生长。

第一作者Allyson Shea博士表示：“细菌似乎对这些ATP转运系统进行了投资，以便对它们感兴趣的能量来源有更高的亲和力。这些系统非常擅长将营养物质输送到细胞内。”

图2 多种尿路病原体显示出ABC转运蛋白的高度保守性

Mobley指出，这些发现为开发尿路感染的新型疗法开辟了道路，这在抗生素耐药性不断增加的时代尤为重要。

“如果能抑制这些转运系统，也许就能抑制这些细菌的快速生长，”他说。

不过，Shea也指出，要做到这一点并不容易，因为细菌已经为这类重要的转运蛋白进化出多个备份系统。

“这个ATP结合蛋白家族有个特点，它们都有一个ATP结合亚基，为转运系统提供所需的能量，让营养物质穿过细胞膜。”

这个亚基有望成为一个潜在的靶点，使整个转运蛋白家族功能失调。

她认为，尽管这并不一定能取代抗生素，但它可以减缓细菌生长，这样抗生素和宿主免疫系统就能更好地对抗细菌。

参考资料

[1] Emerging roles for ABC transporters as virulence factors in uropathogenic Escherichia coli


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此文关键字：大肠杆菌 E. coli ATP结合盒式蛋白