沙门氏菌铁转运突变体的转录组分析揭示血清型特异性适应机制

《Canadian Journal of Microbiology》：Transcriptomic analysis of iron transport mutants reveals serovar-specific adaptations in Salmonella enterica

本研究针对铁限制条件下沙门氏菌毒力增强的机制问题，通过构建铁转运基因双重(ΔiroNΔfepA)和三重(ΔfhuΔiroNΔfepA)缺失突变体，开展转录组分析。研究发现三羧酸循环、电子传递链和应激反应通路下调，而半胱氨酸生物合成上调，特别是在S. Enteritidis中鞭毛基因显著上调。该研究揭示了铁限制条件下代谢通路与毒力的新型相互作用，为理解沙门氏菌血清型特异性适应策略提供了重要见解。

　　

铁元素作为几乎所有病原菌生长所必需的矿物质，在细菌致病机制中扮演着关键角色。作为重要食源性病原菌的肠沙门氏菌，其不同血清型在铁利用机制上存在差异，但具体的分子适应策略尚不明确。特别是在铁限制条件下，沙门氏菌如何通过调控基因表达来维持生存和毒力，这一科学问题亟待深入探索。

本研究由加拿大食品检验署渥太华实验室的Bright Boamah等研究人员完成，论文发表于《Canadian Journal of Microbiology》。研究团队针对鼠伤寒沙门氏菌和肠炎沙门氏菌两种重要血清型，通过构建铁转运基因缺失突变体，系统分析了铁缺乏条件下的转录组变化，揭示了血清型特异性的适应机制。

研究主要采用了基因敲除技术构建突变株、转录组学分析、生物信息学分析等关键技术方法。样本来源于实验室保存的沙门氏菌菌株，通过比较野生型与突变株在铁限制条件下的基因表达差异，识别关键通路变化。

铁转运基因缺失对沙门氏菌转录组的全局影响

研究人员构建了双基因缺失(ΔiroNΔfepA)和三基因缺失(ΔfhuΔiroNΔfepA)突变体，通过转录组分析发现，两种沙门氏菌血清型的突变株在铁缺乏条件下均出现显著基因表达变化。涉及毒力、应激反应和能量代谢的基因表达发生重编程，其中三羧酸循环(TCA循环)、电子传递链和应激反应通路普遍下调，而半胱氨酸生物合成通路则出现上调。

血清型特异性差异表达模式

比较分析显示，双突变体和三突变体影响的基因集合高度相似，表明fhu基因的额外缺失仅影响有限数量的基因。然而，鼠伤寒沙门氏菌比肠炎沙门氏菌表现出更多的基因表达差异。最显著的血清型特异性差异体现在鞭毛基因的表达上，肠炎沙门氏菌突变株中鞭毛基因出现显著上调。

代谢通路与毒力因子的协同调控

研究发现铁转运基因缺失不仅影响铁吸收相关基因，还引起核心代谢通路的广泛重排。TCA循环和电子传递链的下调表明能量代谢重新配置，可能反映了铁限制条件下的能量节约策略。同时，半胱氨酸生物合成的上调可能为氧化应激保护提供前体物质。

讨论与意义

该研究首次系统比较了不同沙门氏菌血清型在铁转运基因缺失条件下的转录组适应策略，揭示了代谢通路与毒力因子在铁限制环境下的新型相互作用。特别值得注意的是肠炎沙门氏菌中鞭毛基因的上调，这可能与其在铁缺乏条件下增强运动性和定植能力相关。这些发现为理解沙门氏菌血清型特异性致病机制提供了新视角，对开发针对铁代谢通路的抗菌策略具有重要指导意义。

研究结果表明，沙门氏菌通过精细调控基因表达网络来适应铁限制环境，不同血清型采用独特的适应策略，这可能是其在不同生态位和宿主环境中成功定植的关键因素。这些发现不仅增进了对沙门氏菌致病机制的理解，也为食源性病原菌的控制提供了新的理论基础。