Cell Reports封面论文报道新型细菌大片段DNA传递系统

目前，全球每年有多达500万人的死亡与抗生素耐药性有关。抗生素耐药性基因水平转移（HGT）是多耐药细菌产生和快速扩散的主要原因，控制多耐药细菌HGT水平是防控多耐药细菌产生和扩散的关键。细菌四型分泌系统（T4SS）目前已知的唯一能介导细菌HGT的分泌系统。

北京时间2022年11月8日， 首都医科大学附属北京世纪坛医院生物医学创新中心曾辉教授、陈晨教授团队在《Cell Reports》上发表了题为“A chromosome encoded T4SS independently contributes to horizontal gene transfer in Enterococcus faecalis”的封面论文，首次在革兰氏阳性粪肠球菌中发现了一种能够介导HGT的基因组编码的CE-T4SS。

世界卫生组织的耐药菌名单中，万古霉素耐药肠球菌（VRE）是革兰氏阳性菌中优先级最高的病原菌。整合在粪肠球菌基因组上的万古霉素耐药基因，是否能传播至其他细菌中是临床最关心的问题之一。既往认为，耐药基因在病原菌之间的传播依赖于接合质粒的扩散。然而团队在研究中发现，VRE即使在缺少质粒的条件下，整合在基因组上的基因仍然扩散到其他细菌中。后续生物信息学研究表明：粪肠球菌的基因组存在T4SS的同源基因簇virB4-virB6-virB8-virB11。更为重要的是，在数据库中含有全长基因组的548个和临床收集251个的菌株中，超过40%的粪肠球菌携带该基因簇，由于这个基因簇存在于基因组上，因此研究人员将其命名为CE-T4SS。

图1. CE-T4SS的发现和HGT发生

为了进一步探究这一基因元件的功能，研究人员对CE-T4SS基因进行基因敲除和回补实验，证实了基因组中CE-T4SS具有基因转移功能，明确了virB4和virB6是转移过程中的关键基因。与传统的T4SS介导的基因转移不同，CE-T4SS产生的接合子具有高度遗传多样性。CE-T4SS还能够介导整个基因组范围内大片段基因的转移。研究人员将粪肠球菌已知的12个基因组岛（G1-G12）都做了标记。除了G7外，CE-T4SS可转移几乎所有基因组岛中的序列片段。粪肠球菌这种难以预测的、难以控制的HGT方式，是多耐药产生和扩散的重要机制。

图2. CE-T4SS基因功能的确定

图3. CE-T4SS介导基因水平转移的功能特征

在部分粪肠球菌中，同时存在以pCF10为代表接合质粒和CE-T4SS。为了进一步探讨CE-T4SS和pCF10介导接合转移的差别，研究人员建立了一系列的突变体和回补菌株。结果表明，CE-T4SS通过识别pCF10不同的转移起始位点来独立发挥功能。

图4. CE-T4SS和pCF10通过识别不同的oriT介导独立的HGT过程

与传统的T4SS相比，CE-T4SS在基因结构、蛋白功能和转移方式上都存在差异，是一种全新的T4SS。在抗生素耐药不断增加的时代背景下，CE-T4SS的发现对多耐药细菌防控和新型治疗手段的开发具有重要的意义。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.celrep.2022.111609