IF=16.7！中国农业大学院士团队再取研究进展

3月18日，《核酸研究》（Nucleic Acids Research）杂志在线发表了中国农业大学动物医学院沈建忠院士团队题为“VirBR counter-silences HppX3 to promote conjugation of blaNDM-IncX3 plasmids”的研究论文。该研究揭示了携带碳青霉烯耐药基因blaNDM的IncX3质粒编码的转录抑制因子HppX3抑制质粒接合转移的分子机制，还解析了质粒编码的转录激活因子VirBR拮抗HppX3的作用机制。这一发现为blaNDM的广泛流行提供科学解释，也为防控耐药质粒的传播提供理论基础。

近年来，碳青霉烯耐药肠杆菌目细菌（Carbapenem-resistant Enterobacteriaceae，CRE）在临床人群的分离率持续增加，并在动物和环境中大量检出，其广泛传播对碳青霉烯类抗菌药物的临床治疗效果造成严重影响。CRE的主要耐药耐药机制是产新德里金属β内酰胺酶（New Delhi Metallo-β-Lactamase，NDM），编码此酶的blaNDM基因的主要载体是IncX3质粒。这类质粒具有高接合转移率的生物学特征，然而介导高接合转移率的分子机制并未完全阐明。

该文章以IncX3质粒编码的HppX3（H-NS转录抑制因子家族蛋白）为研究对象，利用ChIP-seq方法锚定了HppX3在细菌基因组上的结合靶点，联合RNA-seq数据共分析确定了HppX3的主要调控靶标是介导IncX3质粒接合转移的VirB/D4 Ⅳ型分泌系统（T4SS）基因簇。通过生化和分子生物学方法，该文章发现HppX3结合T4SS基因簇启动子（PactX），抑制该启动子的活性，下调T4SS的mRNA丰度，进而抑制IncX3质粒的接合转移。同时，HppX3对T4SS的抑制作用还提高宿主细菌的环境适应性，详见图1。

图1 HppX3抑制T4SS基因表达的机制

通过对比RNA-seq数据，该文章发现IncX3质粒的T4SS受转录抑制因子HppX3和转录激活因子VirBR共同调控，结合H-NS家族蛋白的调控特征，推测VirBR对HppX3的抑制功能起到拮抗作用。结合ChIP-qPCR、竞争性EMSA等方法，该文章发现VirBR结合PactX DNA降低了HppX3对靶标DNA的结合能力，进而削弱了HppX3对质粒接合转移的抑制作用，详见图2。

图2 VirBR对HppX3拮抗作用的机制

对比多条IncX系列质粒序列可知，IncX1、IncX2和IncX3质粒具有同源的T4SS，推测调控机制相似。研究显示，IncX1质粒和IncX2质粒编码的VirBR-like蛋白均可拮抗同质粒编码的H-NS家族蛋白对T4SS的抑制作用，详见图3。这种现象提示VirBR-like蛋白与H-NS家族蛋白的拮抗可能是多种IncX质粒T4SS调控的保守机制。

图3 IncX1和IncX2质粒编码VirBR-like蛋白与H-NS家族蛋白的拮抗

综上，该研究明确了HppX3和VirBR共同调节IncX3质粒接合转移的机制，初步揭示了IncX3质粒广泛流行的分子机制，为探究其他质粒的接合转移调控机制提供科学参考，也为重要耐药基因的防控提供潜在靶点。

中国农业大学博士研究生高源、博士后谢宁为论文第一作者，兽医公共卫生安全全国重点实验室、海南省食品安全监测及检测技术创新中心沈建忠院士、汪洋教授和博士后邓昭举为论文共同通讯作者。该研究受国家重点研发计划项目“畜禽病原耐药性产生与传播机制”（2022YFD1800400）等资助。

来源： 中国农大新闻网