海洋分枝杆菌III型聚酮合酶MMAR_2190的功能灵活性及其在生物膜形成中的关键作用

本研究揭示了海洋分枝杆菌(Mycobacterium marinum)中III型聚酮合酶(T3PKS) MMAR_2190的独特功能灵活性，该酶能从单一催化核心同时生物合成烷基间苯二酚、酰基间苯三酚和烷基-α-吡喃酮。研究人员通过高分辨率质谱分析和基因编辑技术，发现mmar_2190基因在生物膜中显著上调，其代谢产物对病原体生物膜形成至关重要。这项研究首次明确了T3PKS在细菌致病机制中的作用，为抗结核治疗提供了新靶点。

　　

在结核病仍是全球重大公共卫生威胁的背景下，分枝杆菌复杂的脂质代谢机制一直是研究热点。作为结核分枝杆菌的近亲，海洋分枝杆菌(M. marinum)因其相似的基因组和更快的生长速度成为理想模型。然而，尽管已知I型聚酮合酶(PKS)在致病性中起关键作用，但广泛存在于病原性分枝杆菌基因组中的III型聚酮合酶(T3PKS)的生理功能仍是个谜。

南亚大学生物技术学院化学生物学组的研究人员通过系统研究，在《iScience》发表了关于MMAR_2190 T3PKS的突破性发现。这项研究结合了生物化学、分子生物学和微生物学等多学科方法，包括：1)重组蛋白表达与体外酶活分析；2)高分辨率质谱(HRMS)鉴定代谢产物；3)CRISPR/Cas9基因编辑构建突变株；4)实时定量PCR检测基因表达；5)扫描电镜观察生物膜形态。

研究结果显示：

"MMAR_2190蛋白显示显著的功能灵活性"
通过体外酶活实验证实，MMAR_2190能利用C₁₀-C₂₄酰基辅酶A为起始物，以丙二酰辅酶A为延伸单元，通过三种不同环化机制（C₅-O-C₁内酯化、C₂-C₇醛醇缩合和C₆-C₁克莱森缩合）同时产生结构迥异的代谢产物。这种在同一催化核心实现多重环化的能力在细菌T3PKS中尚属首次报道。

"海洋分枝杆菌生物膜显示MMAR_2190生化产物"
通过比较浮游生长和生物膜状态下的基因表达，发现mmar_2190在生物膜中表达上调7.6倍(p<0.05)。更重要的是，从野生型菌株生物膜中检测到了与体外实验相符的烷基间苯二酚和酰基间苯三酚类物质，证实了该基因在生理条件下的功能表达。

"海洋分枝杆菌生物膜需要功能性MMAR_2190"
利用CRISPR/Cas9技术构建的Δmmar_2190突变株表现出明显的生物膜形成缺陷，而基因回补后表型恢复。扫描电镜显示突变株无法形成典型的三维生物膜结构，这为T3PKS参与致病过程提供了直接证据。

这项研究的意义在于：首次将T3PKS与分枝杆菌致病性直接关联，揭示了MMAR_2190通过产生特殊脂质分子参与生物膜形成的分子机制。鉴于生物膜形成与结核分枝杆菌的耐药性和持续感染密切相关，该发现为开发新型抗结核药物提供了潜在靶点。此外，MMAR_2190展现的非凡催化灵活性也为合成生物学改造聚酮化合物开辟了新思路。