中科院PNAS发文：细菌小RNA通过调节唾液酸代谢促进肠道定植

　　

中国科学院上海免疫与感染研究所的晁彦杰博士等人揭示了细菌病原体如何通过一种新的小非编码RNA在转录后水平协调N-乙酰神经氨酸（Neu5Ac）代谢，从而促进宿主肠道环境中的感染。

唾液酸是一个具有9碳骨架的α -酮酸糖家族，作为细胞表面糖蛋白和聚糖受体的末端糖，用于细胞识别。唾液酸最常见的一种形式是Neu5Ac，它是流感等病毒的受体，也是肠沙门氏菌等肠致病性细菌的能量来源。

Neu5Ac的代谢产生各种氨基糖衍生物，如n -乙酰氨基葡萄糖（GluNAc）和n -乙酰甘露糖胺（ManNAc），这些衍生物随后被用作合成重要聚糖大分子的基石。为了利用这些氨基糖衍生物，细菌进化出多种代谢操纵子，编码特定的聚糖转运体和酶。然而，在唾液酸代谢过程中，细菌如何协同这些不同的系统来适应宿主的肠道环境，人们知之甚少。

在这项研究中，研究人员使用比较基因组学方法，在致病性沙门氏菌中发现了一个独特的基因组岛，其中包含五种功能未知的蛋白质和一个小的非编码RNA。他们发现这个五基因岛负责代谢Neu5Ac。他们还通过AlphaFold结构预测、基因敲除实验、基因表达分析、转录活性测试以及代谢和生长分析等证据，证明了其基因直接被mannac （Neu5Ac分解代谢的初始降解产物）激活。

对基因组岛转录基因的进一步分析表明，mRNA的3 ' UTR被加工成ManS，这是一种长度为80 nt的新型小非编码RNA。重要的是，ManS是由一种非规范的生物发生机制产生的：通常切割双链RNA的核糖核酸酶RNase III在mRNA 3 ' UTR的单链区域切割。3 ' UTR的切割导致产生具有不同大小的多个同工异构体的ManS sRNA。

此外，功能研究表明，具有单一种子区的ManS亚型通过抑制GlcNAc磷酸转移酶系统渗透酶NagE，直接调节Neu5Ac/ManNAc代谢。相比之下，具有双种子区的同工异构体调节涉及中枢和次级代谢途径的多个基因，特别是与ManNAc代谢相关的基因。这种复杂的调控机制在体外显著影响全球转录组学、蛋白质组学和代谢组学特征，以及肠球菌在体内肠道感染期间的竞争适应性。

这项研究不仅发现了一种新的3 ' utr衍生的sRNA，而且扩大了对RNase iii介导的RNA加工的理解。它强调了ManNAc在宿主环境中细菌适应中的关键作用，为沙门氏菌发病机制的分子机制提供了新的见解。