汉克斯激酶依赖性CodY磷酸化对蜡样芽孢杆菌（Bacillus cereus）生理机能和毒力的影响

《MicrobiologyOpen》：Impact of Hanks Kinase-Dependent Phosphorylation of CodY on the Physiology and Virulence in Bacillus cereus

CodY磷酸化调控细菌适应性和毒力：研究显示Bacillus cereus中CodY的丝氨酸215位点被Hanks型激酶PrkC和YbdM磷酸化，导致DNA结合能力下降，进而抑制 flagellin operon表达，降低细胞运动能力，同时促进生物膜形成和毒力因子分泌。S215位点在Firmicutes中高度保守，提示磷酸化调控机制在革兰氏阳性菌中普遍存在。

　　CodY 是一种关键的全局调控蛋白，广泛存在于低 G+C 含量的革兰氏阳性菌中，特别是在芽孢杆菌属（Firmicutes）的细菌中发挥重要作用。这种蛋白能够诊断细胞的营养状态，并通过调控基因转录来影响细菌的代谢、分化和致病性。研究表明，CodY 在某些细菌中会经历磷酸化修饰，其中 Ser215 位点的磷酸化会显著改变其 DNA 结合能力，从而调控一系列重要的细胞功能，包括运动性、生物膜形成、细胞毒性和致病性。本文探讨了 CodY 在 *Bacillus cereus* 中的磷酸化机制及其对细胞行为的影响，揭示了 CodY 的磷酸化状态如何影响其功能，并提出这可能是 Firmicutes 系统中普遍存在的调控方式。

在 *Bacillus subtilis* 中，CodY 的磷酸化已被证实是由 Hanks 型丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶 PrkC 和 YbdM 介导的。然而，关于 *Bacillus cereus* 中 CodY 的磷酸化机制研究较少。本文通过构建含有 CodY-S215D（模拟完全磷酸化）和 CodY-S215A（模拟无法磷酸化）的突变菌株，进一步探讨了这种磷酸化修饰对 CodY 功能的影响。实验结果显示，CodY 的磷酸化显著降低了其对 DNA 的结合能力，从而影响其调控基因表达的能力。相比之下，CodY-S215A 突变体仍然能够结合 DNA，而 CodY-S215D 则完全丧失了这种能力。这些发现表明，CodY 的磷酸化是其功能调控的重要机制。

进一步的实验表明，CodY 的磷酸化不仅影响其 DNA 结合能力，还对细菌的多种生理特性产生影响。例如，在 *B. cereus* 中，CodY 的磷酸化导致运动性显著降低，而生物膜形成则被激活。此外，CodY 的磷酸化状态还与细菌的致病性密切相关。研究发现，当 CodY 无法磷酸化时，其调控的基因表达增强，导致细菌的毒性和致病性提高。这一现象表明，CodY 的磷酸化在细菌适应不同环境条件的过程中起到了关键作用，通过调节其活性，影响细菌的生存策略和致病能力。

在细胞形态方面，CodY 的磷酸化状态也表现出明显的影响。野生型菌株通常以单个细胞形式生长，而 CodY 缺失或无法磷酸化的菌株则表现出细胞链形成的现象，这可能与细胞分裂和生长调控相关。此外，CodY 的磷酸化状态还影响了细胞外蛋白的表达，包括一些与致病性相关的因子。例如，在 CodY 无法磷酸化的菌株中，细胞外蛋白的积累显著增加，而在完全磷酸化的菌株中，这种蛋白的表达受到抑制。这表明 CodY 的磷酸化不仅调控其自身的 DNA 结合能力，还通过调控其他基因的表达，间接影响细菌的致病性和环境适应能力。

实验还揭示了 CodY 的磷酸化可能涉及其他调控机制。例如，CodY 的磷酸化可能与另一种名为 MogR 的转录调控因子有关，MogR 在某些情况下会抑制 CodY 的 DNA 结合能力。因此，CodY 的磷酸化可能通过抑制 MogR 的表达，间接促进 CodY 对某些基因的调控。这一机制的发现为理解 CodY 在细菌调控网络中的作用提供了新的视角，同时也为研究细菌如何通过信号通路调节基因表达提供了理论依据。

在环境适应性方面，CodY 的磷酸化可能帮助细菌在不同营养条件下调整其代谢和生存策略。例如，在营养丰富的环境中，CodY 通常处于非磷酸化状态，从而能够积极调控一些与细胞运动和生物膜形成相关的基因。而在营养匮乏的条件下，CodY 的磷酸化可能使其失去对这些基因的调控能力，从而减少能量消耗，促进芽孢形成或其他生存策略。这种动态调控机制使细菌能够在不同的环境中保持最佳的生存状态。

此外，CodY 的磷酸化还可能通过影响其与磷酸酶（如 PrpN 和 PrpC）的相互作用，调控其在细胞内的活性。这些磷酸酶能够将 CodY 从磷酸化状态恢复为非磷酸化状态，从而影响 CodY 的功能。这一调控机制的发现，为研究细菌如何通过可逆的磷酸化过程来调控基因表达提供了新的思路。

总体而言，CodY 的磷酸化状态对其功能具有深远的影响。这种修饰不仅改变了 CodY 的 DNA 结合能力，还通过调控其他基因的表达，影响细菌的运动性、生物膜形成、致病性和细胞形态。CodY 的磷酸化机制可能是一个普遍存在于 Firmicutes 系统中的调控方式，有助于细菌适应多样的环境条件。通过进一步研究 CodY 的磷酸化调控网络，可以更深入地理解细菌如何通过复杂的信号传递机制，调控其生存和致病策略，为开发新的抗菌策略提供理论支持。