《揭秘嗜麦芽窄食单胞菌 KJ 株铁摄取新机制：多途径协同保障 “铁饭碗”》

为探究嗜麦芽窄食单胞菌（Stenotrophomonas maltophilia）KJ 株铁摄取机制，研究人员经系列实验，发现多基因参与铁摄取，为防控感染提供新思路。

　　在微生物的世界里，铁元素对于细菌的生存和繁衍至关重要，就像食物对于人类一样不可或缺。铁不仅参与细菌体内众多关键的信号传导通路，还是许多维持细菌生长和发育的蛋白质的重要组成部分。然而，在生物体内的环境中，三价铁（Fe3?）在生理 pH 值和有氧条件下，溶解度极低，并且会被人体血清中的生物分子紧紧束缚，使得细菌难以获取，这就好比是细菌的 “食物” 被藏了起来。

为了在这样艰难的环境中生存，细菌进化出了各种巧妙的铁摄取机制。其中，嗜麦芽窄食单胞菌（Stenotrophomonas maltophilia）作为一种广泛存在于环境中的机会致病菌，因其对多种抗生素具有耐药性，给临床治疗带来了极大挑战，对其铁摄取机制的研究就显得尤为重要。此前研究表明，在铁匮乏的压力下，嗜麦芽窄食单胞菌会合成一种名为 stenobactin 的儿茶酚型铁载体（siderophore），用于摄取三价铁。在 K279a 菌株中，FepAsm 作为一种 TonB 依赖转运蛋白（TBDT），被认为是唯一负责摄取 ferri-stenobactin 的外膜受体。但令人困惑的是，在 KJ 菌株及其 fepA 突变株的研究中发现，它们在利用 FeCl?作为唯一铁源在缺铁条件下生长时，能力相当，这暗示着 KJ 菌株中可能存在其他尚未被发现的参与 ferri-stenobactin 摄取的 TBDT，以及未知的摄取后转运系统。

为了揭开这些谜团，来自 [第一作者单位] 的研究人员展开了深入研究。他们的研究成果发表在《BMC Microbiology》期刊上。这项研究对于深入理解嗜麦芽窄食单胞菌的铁摄取机制，进而为开发针对该菌感染的新型治疗策略提供了重要的理论依据。

在研究过程中，研究人员主要运用了以下几种关键技术方法：一是构建基因缺失突变株和互补质粒，通过这种方法来研究特定基因在铁摄取过程中的作用；二是进行铁源利用实验，包括检测细胞活力和绘制生长曲线，以此评估细菌在缺铁条件下利用外源铁源的能力；三是采用逆转录 PCR（RT-PCR）和定量实时 PCR（qRT-PCR）技术，用于验证基因的转录情况以及分析基因表达水平的变化。

研究人员首先验证了 stenobactin 在细菌获取铁元素过程中的关键作用。他们发现，在含有 50 μg/mL 2,2′- 联吡啶（DIP，用于模拟缺铁环境）的 LB 琼脂培养基中，KJ 菌株失去活力，而当添加 35 μM FeCl?时，菌株活力恢复；但 stenobactin 缺失的突变株 KJ?Ent 在添加 FeCl?后仍无法恢复生长，这表明在该实验体系中，stenobactin 介导的铁摄取是支持细菌生长的主要方式。

接着，研究人员发现 FepAsm 并非 KJ 菌株中摄取 ferri-stenobactin 的唯一受体。以往研究认为，FepAsm（Smlt1426）是 K279a 菌株中负责摄取 ferri-stenobactin 的关键 TBDT，但在本研究中，KJ 菌株的 fepAsm 缺失突变株 KJ?FepA 在 DIP 和 FeCl?补充的培养基中，与野生型 KJ 菌株表现出相似的活力，这说明在 KJ 菌株中，必然存在其他受体参与 ferri-stenobactin 的摄取。

随后，研究人员通过同源预测和转录组数据分析，筛选出 12 个可能参与 ferri-stenobactin 摄取的 TBDT 候选基因。通过构建这些基因的缺失突变株，并进行铁源利用实验，他们发现 FepAsm、FciA 和 SbaA 是 KJ 菌株中摄取 ferri-stenobactin 的受体。构建双突变株和三突变株实验进一步验证，当同时缺失这三个基因时，细菌在 DIP 和 FeCl?补充的培养基中几乎无法生长，而分别用含有这三个基因的质粒进行互补实验，能够部分恢复细菌的生长能力。

研究还发现，FciA 所在的 fciTABC 操纵子中，FciA、FciB 和 FciC 参与了 ferri-stenobactin 的摄取过程，但 FciT 不参与。研究人员将?fciT、?fciB 和?fciC 等位基因分别导入 KJ?FepA?SbaA 菌株中，观察到除了 fciT 突变株外，其他突变株在补充 FeCl?的培养基中细胞活力均下降，而相应的互补菌株能够部分恢复活力，这表明 FciA、FciB 和 FciC 在 ferri-stenobactin 摄取中发挥重要作用。

对于 ferri-stenobactin 摄取后的转运系统，研究人员发现 sbaBCDEF 操纵子参与其中。该操纵子编码的蛋白包括假定的周质酯酶 SbaB、周质 ATP 结合蛋白 SbaC、周质 ABC 转运体底物结合蛋白 SbaD、内膜 ABC 转运体通透酶 SbaE 和胞质 ABC 转运体 ATP 结合蛋白 SbaF。RT-PCR 实验证实了 sbaBCDEF 作为一个操纵子存在。构建该操纵子中各基因的缺失突变株并进行铁源利用实验，结果显示所有突变株在 DIP 和 FeCl?补充的培养基中生长能力均受损，而除 sbaE 外，单个基因的互补菌株能够恢复利用 FeCl?的能力，进一步研究发现 sbaE 缺失对 sbaF 表达有极性效应，用含有 sbaE 和 sbaF 基因的质粒进行互补能够恢复菌株的活力，这充分说明 sbaBCDEF 操纵子参与了 ferri-stenobactin 摄取后的转运过程。

此外，研究人员还探讨了 FeoB 和 SipA 在铁摄取过程中的作用。由于 SbaB 被注释为周质酯酶且参与 ferri-stenobactin 摄取，研究人员推测 ferri-stenobactin 可能在周质被 SbaB 水解，释放的铁离子可能通过 FeoB 转运进入细胞质。实验结果显示，feoB 缺失突变株 KJ?FeoB 在 DIP 和 FeCl?补充的培养基中生长能力下降，feoB 和 sbaE 双突变株 KJ?FeoB?SbaE 则完全丧失在该培养基中的生长能力，这表明 FeoB 和 SbaE 分别作为亚铁离子和铁离子的内膜转运体发挥作用。而 SipA（Smlt3577），作为大肠杆菌 YqjH 的同源蛋白，经实验验证不参与 ferri-stenobactin 的利用，因为构建的 KJ?SipA 突变株与野生型 KJ 菌株在铁源利用实验中的表现相当。

最后，研究人员研究了铁摄取相关基因的调控机制。发现除了 feoB 基因外，fepAsm、fciA、sbaA 和 sbaE 等基因的转录受 Fur（铁摄取调节蛋白）和铁可用性的调控。在 fur 突变株中，这些基因的转录水平升高，而当补充 fur 基因后，转录水平几乎恢复到野生型水平；同时，DIP 处理导致的铁限制也会上调这些基因的表达。

综上所述，本研究首次揭示了在嗜麦芽窄食单胞菌 KJ 菌株中，除了已知的 FepAsm 外，FciA 和 SbaA 也是 ferri-stenobactin 的受体，并且发现了 fciABC、sbaBCDEF 操纵子以及 FeoB 在 ferri-stenobactin 摄取过程中的重要作用，还明确了相关基因的调控机制。这些发现完善了人们对嗜麦芽窄食单胞菌铁摄取机制的认识，为进一步研究该菌的致病机制和开发新型抗菌策略提供了关键的理论基础，有望为解决嗜麦芽窄食单胞菌感染的临床治疗难题开辟新的道路。