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白色念珠菌(C. albicans)感染治疗面临挑战,研究人员探究布拉氏酵母菌(S. boulardii)中 Mcp1 蛋白对抗 C. albicans 的机制。发现 Mcp1 通过调节 2 - 苯乙醇,损害 C. albicans 氧化应激反应。该研究为抗真菌生物疗法提供理论依据。
在医学领域,白色念珠菌(C. albicans)这个 “小恶魔” 可让医生们头疼不已。它是临床常见的条件致病性真菌,悄无声息地潜伏在人体中,一旦人们免疫力下降,它就会 “兴风作浪”,侵入肠道黏膜下层组织,引发全身性感染,严重时甚至危及生命。目前,药物治疗是对抗白色念珠菌感染的主要手段,但有限的抗真菌药物种类,加上耐药菌株的不断出现,让临床治疗困难重重,就像在与一个不断 “升级” 的对手作战,却缺乏有效的新武器。
在这样的困境下,布拉氏酵母菌(S. boulardii)这种益生菌真菌走进了研究人员的视野。此前研究发现它能有效抑制白色念珠菌的致病性,可具体是怎么做到的呢?尤其是其中的 Mcp1 蛋白,它在这场 “战斗” 中扮演着什么角色?这一系列疑问促使山东第一医科大学及山东省医学科学院的研究人员开展了深入研究。
研究人员通过一系列实验,得出了重要结论。Mcp1 蛋白定位在布拉氏酵母菌的液泡和线粒体膜上,它可太关键了!过表达 Mcp1 不仅能在体外抑制白色念珠菌的黏附和菌丝形成,还能增强布拉氏酵母菌在小鼠肠道内对抗白色念珠菌感染的能力。原来,Mcp1 能促进 2 - 苯乙醇的产生,而 2 - 苯乙醇就像是一颗 “炸弹”,可以抑制白色念珠菌的黏附和生物膜形成。进一步研究发现,2 - 苯乙醇会损害白色念珠菌的氧化应激反应,让白色念珠菌 “战斗力” 大减。这一研究成果发表在《Microbial Cell Factories》上,为开发安全经济的抗真菌策略提供了全新思路,就像为临床治疗找到了一把新的 “钥匙” 。
研究人员在开展研究时,运用了多种关键技术方法。利用荧光标记和染色技术观察 Mcp1 蛋白的位置;通过构建小鼠肠道感染模型,验证 Mcp1 在布拉氏酵母菌对抗白色念珠菌感染中的功能;借助高效液相色谱 - 质谱(HPLC-MS)分析布拉氏酵母菌的次生代谢产物;采用逆转录聚合酶链反应(RT-PCR)和蛋白质免疫印迹(western blotting)检测相关基因和蛋白的表达水平;运用 RNA 测序(RNA-Seq)和基因本体(GO)富集分析探究 2 - 苯乙醇抑制白色念珠菌黏附和生物膜形成的机制。
下面具体看看研究结果:
- Mcp1 对布拉氏酵母菌线粒体的影响:构建绿色荧光标记的 Mcp1(Mcp1-GFP)后发现,Mcp1-GFP 定位在液泡膜和线粒体膜上。敲除 Mcp1 会让线粒体形态从丝状变为碎片化,还会导致线粒体功能障碍,影响细胞活性和 ATP 产生,同时降低线粒体 DNA(mtDNA)编码基因的表达水平1。
- Mcp1 在对抗白色念珠菌中的作用:过表达 Mcp1 能有效降低白色念珠菌在体外的黏附和生物膜形成能力。给小鼠口服布拉氏酵母菌的实验表明其生物安全性良好。在小鼠肠道感染模型中,过表达 Mcp1 显著降低了白色念珠菌的肠道侵袭能力,证明 Mcp1 在布拉氏酵母菌对抗白色念珠菌感染过程中发挥重要作用23。
- Mcp1 通过调节 2 - 苯乙醇发挥作用:研究发现布拉氏酵母菌的次生代谢产物能抑制白色念珠菌的黏附和生物膜形成。HPLC-MS 分析显示,过表达 Mcp1 会增加 2 - 苯乙醇的产生,敲除 Mcp1 则减少其产生。2 - 苯乙醇能有效抑制白色念珠菌的黏附和菌丝形成,且浓度越高,抑制效果越明显。RT-PCR 和 western blotting 结果表明,Mcp1 通过调节 Aro10 的表达水平来促进 2 - 苯乙醇的产生45。
- 2 - 苯乙醇对白色念珠菌氧化应激反应的影响:RNA-Seq 分析发现,2 - 苯乙醇处理后白色念珠菌有 3162 个基因差异表达。GO 富集分析表明 2 - 苯乙醇会导致白色念珠菌氧化应激反应异常。RT-PCR 检测发现,2 - 苯乙醇处理后,白色念珠菌中与氧化应激反应相关的 TRR1、SOD1 和 CAT1 等基因表达水平明显下降,抗氧化酶活性也显著降低,细胞内活性氧(ROS)水平升高。构建相关菌株实验进一步证实,2 - 苯乙醇会损害白色念珠菌的氧化应激反应67。
研究结论和讨论部分指出,白色念珠菌感染治疗困难,布拉氏酵母菌中 Mcp1 蛋白在对抗白色念珠菌感染中至关重要。Mcp1 通过调节 2 - 苯乙醇代谢,损害白色念珠菌的氧化应激反应,抑制其黏附、菌丝形成和肠道感染能力。该研究丰富了人们对细胞器膜连接蛋白功能的认识,为临床开发新型抗真菌策略提供了理论依据,有助于推动安全经济的抗真菌生物疗法的发展,有望为解决白色念珠菌感染难题带来新的曙光。