追踪肺炎克雷伯菌（Klebsiella pneumoniae）中的调控 RNA：解锁耐药菌感染防治新密码

《BIOspektrum》：Den regulatorischen RNAs in Klebsiella pneumoniae auf der Spur

为探究肺炎克雷伯菌基因表达转录后调控机制，研究人员分析其 RNA-RNA 网络，发现多种 sRNA 作用，助力理解和控制该病原体。

　　

肺炎克雷伯菌调控 RNA 研究：探索耐药菌背后的神秘 “开关”

在全球健康领域，细菌感染一直是个棘手的难题。每年，数以百万计的人因细菌感染失去生命，而多重耐药菌的出现，更是让情况雪上加霜。像以 “ESKAPE” 为代表的六种细菌病原体（包括粪肠球菌Enterococcus faecium、金黄色葡萄球菌Staphylococcus aureus、肺炎克雷伯菌Klebsiella pneumoniae、鲍曼不动杆菌Acinetobacter baumannii、铜绿假单胞菌Pseudomonas aeruginosa和肠杆菌属Enterobacter spp.），由于它们强大的抗生素耐药性和在医疗机构中的广泛传播，研发针对它们的新治疗策略迫在眉睫。

肺炎克雷伯菌作为 “ESKAPE” 病原体之一，是革兰氏阴性、杆状且不运动的细菌，属于肠杆菌科。它平常可能是人体正常微生物群的一部分，但在特定情况下，就会 “翻脸” 引发严重疾病，比如肺部和尿路感染、脓肿或败血症。经典的肺炎克雷伯菌菌株常与医院感染以及免疫力低下患者的社区获得性感染有关，而高毒力菌株的出现，让健康人也面临生命威胁，扩大了受影响的患者群体范围。

肺炎克雷伯菌能成为 “致病高手”，靠的是巧妙避开宿主防御机制的策略。它的主要毒力因子是位于外膜的厚厚的多糖荚膜，这层 “护盾” 能保护细菌免受吞噬细胞的吞噬和血清补体因子的攻击，还能抑制宿主的强烈免疫反应，阻挡抗菌肽的活性。此外，脂多糖（LPS）、菌毛（帮助细菌黏附到不同表面）、铁载体（确保细菌获得宿主中有限的铁离子）以及膜转运蛋白（实现选择性的物质交换）等也是重要的毒力因子。

尽管已经对数百个肺炎克雷伯菌临床分离株的基因组进行了测序，但我们对这种微生物基因表达调控的了解还远远不够。很多基本过程可能与其他研究较深入的肠杆菌（如大肠杆菌Escherichia coli或鼠伤寒沙门氏菌Salmonella Typhimurium）相似，但肺炎克雷伯菌在感染过程中，为了在特定应激情况下生存，或者优化毒力因子表达所使用的调控网络，我们只是一知半解。特别是转录后水平的调控，也就是调控 RNA 的作用，在肺炎克雷伯菌中几乎没有被深入研究过。

为了填补这些知识空白，德国耶拿大学（Friedrich-Schiller-Universit?t Jena）微生物研究所的 Kathrin Fr?hlich 等人开展了深入研究。他们的研究成果发表在《BIOspektrum》上，为我们理解肺炎克雷伯菌的致病机制和开发新的治疗策略提供了重要线索。

研究人员采用了多种关键技术来开展研究。其中，RNA 相互作用连接和测序（RIL-seq）技术尤为重要。该技术利用 RNA 结合蛋白（如 Hfq）介导 RNA 配对的特性，将两个相互作用的 RNA 的游离末端通过连接形成嵌合转录本，再通过共免疫沉淀分离这些嵌合转录本，对纯化后的 RNA 进行测序，进而确定 RNA - RNA 相互作用组。

研究人员首先针对肺炎克雷伯菌 MGH 78578 经典菌株，确定了保守和菌株特异性的 sRNA。通过 RIL - seq 实验，他们发现了约 7000 对 Hfq 依赖的 RNA - RNA 对，涉及 74 种不同的 sRNA，其中 32 种是该菌株中新注释的调控因子。

以 DinR sRNA 为例，它由 dinI^mRNA的 3’端经 RNase - E 依赖的加工过程切割产生。当细胞对 DNA 损伤做出应答时，dinI^mRNA会被合成，此时 DinR sRNA 也处于活跃状态。研究发现，DinR sRNA 能与 ftsZ^mRNA相互作用。原核生物微管蛋白同源物 FtsZ 会形成一个环结构（Z 环），对细胞分裂时隔膜的定位至关重要。当细胞检测到基因组损伤时，会阻断细胞周期以争取时间修复 DNA。此前已知肠杆菌中存在一种蛋白质介导的过程，即小的胞质蛋白 SulA 直接结合 FtsZ，抑制其聚合，导致细菌丝状化。而肺炎克雷伯菌通过 DinR sRNA 为抑制 FtsZ 增加了另一个调控层面：DinR sRNA 结合在 ftsZ^mRNA起始密码子上游，抑制蛋白质的翻译。进一步研究表明，SulA 和 DinR 的互补活性是抑制细胞分裂的最有效策略。

除了 DinR sRNA，研究人员创建的 RIL - seq 数据集还揭示了其他有价值的信息。多种与细菌毒力相关的因子，如菌毛或铁载体，似乎受到 sRNA 的共同调控。在 MGH 78578 菌株中，还检测到多种 sRNA 与参与抗生素耐药性的转录本之间存在相互作用。

另外两项后续研究同样利用 RIL - seq 或其改良方法，对高毒力肺炎克雷伯菌分离株的 RNA 相互作用组进行了研究。研究人员发现了更多 sRNA 候选物，并明确了保守的肠杆菌 sRNA 在肺炎克雷伯菌中的特异性活性。例如，OmrB sRNA 在大肠杆菌中主要作为膜蛋白和生物膜形成的调节因子，而在肺炎克雷伯菌中则是多糖荚膜合成的负调节因子；ArcZ sRNA 也会影响肺炎克雷伯菌荚膜的构建。

综合这些研究，研究人员发现不同肺炎克雷伯菌分离株之间，不仅在生理学上存在显著差异，在 sRNA 库和各自的相互作用伙伴方面也有所不同。肺炎克雷伯菌的核心基因组仅包含约 1700 个基因，而单个菌株的基因组通常编码约 5000 - 6000 个基因，这意味着菌株特异性的 sRNA 存在于主染色体和质粒的辅助元件中。

这项研究意义重大。它深入揭示了肺炎克雷伯菌中转录后调控的机制，让我们对这种病原体的致病机制有了更深入的理解。研究中发现的多种 sRNA 的功能以及它们与毒力因子、抗生素耐药性之间的关系，为开发新的抗菌药物和治疗策略提供了潜在的靶点。面对未来几十年多重耐药菌感染带来的挑战，这些基础研究成果是开发新策略的关键起点，有望帮助我们更好地控制肺炎克雷伯菌感染，保障全球公共健康。