大肠杆菌CusS的生物信息学分析及对银离子胁迫的响应

【目的】解析大肠杆菌(Escherichia coli)K-12菌株同型二聚体内膜传感器组氨酸激酶(sensor histidine kinase,CusS)蛋白在细菌应答金属银离子胁迫中的调控机制,为该菌的防治提供重要科学依据。【方法】利用ProtParam、ProtScale、Protein-Sol、TMHMM、SignalP、LocTree3、NetNGlyc-1.0、NetPhosBac-3.0、SOPMA、I-TASSERF、STRING和MEGA分别预测CusS的理化性质、亲水性、可溶性、跨膜域、信号肽、亚细胞定位、糖基化位点、磷酸化位点、二级结构、三级结构、蛋白互作的关系网络和蛋白在革兰阴性杆菌中的同源性。采用Red同源重组技术构建大肠杆菌ΔcusS,在不同培养基中连续监测ΔcusS的生长情况,观察该基因缺失后的细菌生长活性;通过最小抑菌浓度(minimal inhibitory concentration,MIC)试验评价该缺失株对金属铜、银离子和临床常见抗生素的敏感性变化;运用RT-qPCR检测cusS缺失后其下游基因cusCFBA和cusR转录水平。【结果】CusS蛋白由480个氨基酸组成,相对分子质量为53738.05,原子总数为7624,等电点为6.02,具有稳定性,是一种亲水性、不溶性蛋白;含有跨膜域;不存在信号肽,定位于细胞内膜中;存在2个糖基化位点、24个丝氨酸磷酸化位点、14个苏氨酸磷酸化位点和3个酪氨酸磷酸化位点;二级结构中α-螺旋占比55.42%,β-折叠占比11.67%,β-转角占比3.75%,无规则卷曲占比29.17%;cusS在埃希菌属和志贺菌属中的保守性高;菌落PCR和一代测序验证ΔcusS构建成功;连续检测生长曲线表明cusS缺失并不影响细菌的生长代谢,但CusS蛋白为大肠杆菌抵御金属银胁迫的关键基因。【结论】cusS作为一个关键基因,它的缺失并不影响大肠杆菌的生长活性,但会显著降低细菌抵御银离子胁迫的应答能力。缺失cusS将使下游基因cusCFBA和cusR的mRNA表达水平显著下降。对CusS蛋白进行生物信息学分析及表型初探,为深入了解CusS在大肠杆菌应答银离子胁迫的调控机制奠定了基础。

细菌金属离子外排系统及金属稳态调控

铁、铜、锌、锰等金属离子是各类生物体生存和增殖所必需的微量元素,可影响生物体内蛋白酶活性、免疫反应、生理过程和抗感染机制。细菌感染过程中,宿主可通过限制或提高体内环境中金属离子的浓度来抑制细菌增殖,与此同时,细菌进化出各种转运系统以适应宿主体内金属离子水平的变化。由于不同细菌的金属离子外排系统在结构和生化特性上存在变异,它们呈现出独特的金属离子外排模式。本文根据现有文献报道及本团队研究结果,对铁、铜、锌和锰离子的细菌外排系统进行讨论和总结,旨在综述目前对细菌金属离子稳态调控机制研究进展的认识,为深入理解细菌金属稳态调控相关机制提供参考。