唾液链球菌群体中RRNPP群体感应系统的基因组特征及嗜热链球菌SHP/Rgg系统的过表达与同步激活机制研究

这篇研究通过生物信息学分析和实验验证，系统揭示了唾液链球菌群体（含嗜热链球菌、唾液链球菌和 vestibularis链球菌）中RRNPP（Rap/Rgg/NprR/PlcR/PrgX）群体感应调控因子的分布特征。研究发现嗜热链球菌在基因组缩减背景下异常富集SHP/Rgg系统，并通过LC-HR-MS/MS技术证实其中7/8系统具有功能活性，首次发现4种新型短疏水肽（SHP）和1种新型环化修饰肽（RaS-RiPP）。该研究为理解细菌群体感应与抗菌肽协同调控提供了新视角。

　　

唾液链球菌群体基因组中的RRNPP群体感应系统全景分析

ABSTRACT

在厚壁菌门中，群体感应（QS）可由RRNPP调控因子介导，这些调控因子被自诱导肽（AIPs）激活。本研究通过3D信息比对建立隐藏马尔可夫模型（HMM），系统分析了527株唾液链球菌群体基因组的RRNPP系统组成。该群体包含人类口腔正常菌群成员唾液链球菌、 vestibularis链球菌，以及乳制品工业核心菌种嗜热链球菌。研究发现这些菌种的RRNPP系统呈现高度可塑性，且种间差异显著：唾液链球菌富集ComR调控因子，而嗜热链球菌则特异性地积累Rgg调控因子，其中多数为控制翻译后修饰肽（RaS-RiPPs）产生的SHP/Rgg系统。这种丰富性与嗜热链球菌适应乳环境时的基因组缩减形成鲜明对比。

INTRODUCTION

细菌群体感应是细胞密度感知的重要机制。在厚壁菌门中，RRNPP超家族调控因子通过识别特定AIPs调控基因表达。该家族包含Rap磷酸酶、Rgg转录因子等典型成员，其C端含有TPR结构域用于AIP结合，N端含有HTH结构域用于DNA结合。在唾液链球菌群体中，嗜热链球菌作为乳制品发酵的核心菌种，其基因组在适应性进化中发生显著缩减，却意外保留了丰富的SHP/Rgg系统，这些系统主要调控具有环化修饰特征的RaS-RiPPs产生。

RESULTS

基因组水平解析RRNPP调控网络

通过单HMM模型分析527株基因组，鉴定出2,900个RRNPP基因形成55个聚类。嗜热链球菌平均每个基因组含4.9个Rgg基因，显著高于唾液链球菌（2.5个）和 vestibularis链球菌（1.0个）。系统发育分析显示，嗜热链球菌特有的21个Rgg聚类中，52%属于SHP/Rgg亚家族。值得注意的是，11个Rgg基因邻近编码SAM自由基酶或ThiF酶的基因，提示其可能参与抗菌肽合成。

SHP/Rgg系统的功能验证

采用LC-HR-MS/MS技术，在嗜热链球菌培养上清中检测到7种成熟SHP，包括4种新型肽段：SHP_{gp_sali_5}（ESIIVIAVG）、SHP_{gp_sali_4}（EIIIIIAL）、SHP_{Sthermo_12}（DIIIIVGG）和需还原烷基化处理的SHP_{gp_sali_3}（CIYTIVGGV）。唯独SHP_{gp_sali_7}系统未检测到活性，尽管其基因组位点完整。

新型RaS-RiPP的发现

实验首次在嗜热链球菌中鉴定到enteropeptin D（LKGRCPPSV），该肽含有半胱氨酸-精氨酸环化特征。同时验证了已知RaS-RiPPs（streptide、bicyclostreptin A和streptosactin）的产生。特别发现ΔpptAB突变株完全丧失RaS-RiPPs合成能力，证实其受SHP/Rgg系统严格调控。

肽类分子的动态变化规律

生长动力学研究揭示：RaS-RiPPs在指数期持续积累并稳定存在，而SHPs呈现瞬时出现特征。以SHP_{gp_sali_6}为例，其在培养150分钟时出现，200分钟达峰，260分钟完全消失。外源添加SHP实验证实，100nM合成肽即可完全恢复Δeep突变株的streptide生产能力。

DISCUSSION

研究表明，嗜热链球菌通过SHP/Rgg系统协调多种RaS-RiPPs的同步表达，这些修饰肽可能通过协同作用发挥抗菌功能。与口腔共生菌唾液链球菌偏好ComR系统不同，嗜热链球菌进化出独特的Rgg调控网络，这与其在乳环境中的生态适应密切相关。研究提出的SHP/Rgg分组框架（I-III组）为理解细菌群体感应系统的演化提供了新视角，其中III组近期被重新归类为MutRS系统。该发现为开发基于群体感应的微生物调控策略奠定了理论基础。