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结核病严重威胁全球健康，耐药情况日益复杂。为探究结核分枝杆菌（M. tuberculosis）甲硫氨酸合成冗余途径，研究人员开展了相关研究。结果发现 metZ 介导的直接巯基化在酸性条件下对甲硫氨酸合成至关重要，影响细菌在宿主内的生存，为抗结核治疗提供新方向。
结核病，这个古老而又顽固的 “健康杀手”，多年来一直肆虐全球。2023 年，结核分枝杆菌（M. tuberculosis）导致 180 万人死亡，成为单一感染源致死的首要原因。随着耐药结核病病例不断增多，治疗难度也在急剧上升。目前，多数获批药物针对的是结核分枝杆菌生存必需的通路，但仍有一些关键问题尚未解决。在细菌的生存过程中，甲硫氨酸扮演着极为重要的角色，它不仅是原核生物蛋白质合成的起始氨基酸 N - 甲酰基 - L - 甲硫氨酸（fMet），还参与真核生物的蛋白质降解，同时也是多种重要代谢物的前体。然而，参与甲硫氨酸生物合成的经典转硫途径对结核分枝杆菌的生长并非不可或缺，这暗示着可能存在其他冗余或条件性必需的途径。为了揭开这一谜团，位于印度哈里亚纳邦法里达巴德的 BRIC - 转化健康科学与技术研究所（BRIC - Translational Health Science and Technology Institute）的研究人员展开了深入研究。他们发现，metZ 介导的直接巯基化在酸性条件下对甲硫氨酸的生物合成至关重要，这一发现为理解结核分枝杆菌的致病机制提供了新的视角，也为开发新型抗结核治疗策略奠定了基础。该研究成果发表在《Communications Biology》上。
研究人员在本次研究中主要运用了以下几种关键技术方法：首先是基因工程技术，通过构建 metZ 基因敲除菌株和互补菌株，探究该基因在细菌生长中的作用；其次是 CRISPRi 技术，用于在不同菌株中敲低 metB 基因，研究甲硫氨酸合成途径的独立性；再者是分子动力学模拟，从原子层面分析 MetZ 蛋白在不同 pH 条件下与底物的结合情况；最后是动物实验，利用豚鼠和小鼠模型，研究结核分枝杆菌在体内的生长和致病情况 。
下面来看具体的研究结果：
- MetZ 是 PLP 结合蛋白，对结核分枝杆菌体外生长非必需：研究人员通过生物信息学分析发现，MetZ 属于 PLP 结合超家族，其编码基因 metZ 在胆固醇培养基上对结核分枝杆菌的生长并非必需，这与之前的研究结论不同 。
- metZ 缺失使结核分枝杆菌对生理应激敏感，降低体外适应性：在面对多种应激条件时，与野生型（Rv - WT）和互补菌株相比，ΔmetZ 菌株的存活能力显著降低，细胞内活性氧（ROS）水平升高，脂质过氧化产物增加。在巨噬细胞内，ΔmetZ 菌株的存活数量也明显减少，且更易定位于酸性细胞器中 。
- 直接巯基化途径对结核分枝杆菌在低 pH 环境下的生存至关重要：在酸性 pH 条件下，ΔmetZ 菌株生长出现缺陷，代谢活性降低，但 ATP 水平升高。补充甲硫氨酸可挽救其生长，这表明该菌株生长缺陷是由甲硫氨酸合成途径受损导致的 。
- 分子动力学模拟揭示酸性 pH 增强 MetZ 的稳定性：模拟结果显示，在酸性 pH（5.5）下，MetZ 与底物 O - 琥珀酰高丝氨酸（OSH）的结合比在中性 pH（7.0）下更稳定，这是由于酸性环境下形成了更多的氢键和盐桥 。
- metZ 介导的直接巯基化途径在酸性 pH 下对甲硫氨酸生物合成至关重要：利用 CRISPRi 技术敲低 metB 基因后，ΔZ:metBKD菌株在体外和体内的生长均受到抑制，这表明 MetZ 介导的直接巯基化途径与转硫途径相互独立，对细菌在宿主内的生长和生存至关重要 。
- 直接巯基化途径有助于结核分枝杆菌对贝达喹啉（BDQ）产生抗生素持留性：与 Rv - WT 和互补菌株相比，ΔmetZ 菌株在 BDQ 处理下形成的持留菌数量减少，且这种减少与 ATP 水平无关 。
- 直接巯基化途径支持结核分枝杆菌在宿主体内的生长：在豚鼠感染模型中，感染 ΔmetZ 菌株的动物肺部和脾脏中的细菌载量明显低于感染 Rv - WT 和互补菌株的动物，这表明 metZ 对结核分枝杆菌在宿主体内的复制和生存至关重要 。
研究结论表明，结核分枝杆菌在感染巨噬细胞后，会经历一系列环境变化，当 pH 降低时，metZ 基因表达上调，其介导的直接巯基化途径利用宿主来源的 H2S 作为共底物和硫供体，维持甲硫氨酸的合成，进而维持细菌的代谢活性和生存能力。在讨论部分，研究人员指出，本研究揭示了结核分枝杆菌中多个甲硫氨酸合成途径的作用，以及 metZ 在维持细菌在酸性环境下生存的重要性。同时，发现直接巯基化途径与 BDQ 耐药性相关，这为开发新型抗结核药物提供了潜在靶点。利用 MetZ 的药理抑制剂与 BDQ 联合治疗，可能会提高现有治疗方案的疗效，为结核病的治疗带来新的希望。
