冯友军课题组Environ Microbiol 发文解析耐药新基因MCR-8的溯源与生化机制

7月20日, 浙大基础医学院病原生物学与微生物学系冯友军课题组在粘菌素耐药新基因MCR-8的溯源与机制研究方面取得进展。巴基斯坦籍2016级博士留学生Saif Ullah与广西大学硕士研究生季凯同学合作, 不仅解析了粘菌素耐药蛋白酶MCR-8的催化与机制，而且探明了其同源基因NMCR-2的功能与进化关系。相关研究成果已于近日在微生物学重要期刊 Environmental Microbiology 在线刊出题为“Characterization of NMCR-2, a new non-mobile colistin resistance enzyme: Implications for an MCR-8 ancestor”的研究长文 。

细菌耐药性

抗生素的滥用或过度使用，加速了细菌耐药性 (AMR) 的蔓延。时下，AMR已成为了全球性的公共卫生问题，其中部分发展中国家 (印度和中国) 俨然已沦为重灾区。多粘菌素乃临床治疗多重耐药细菌感染的防线类抗生素。MCR家族基因所导致的获得性耐药正在全球蔓延，对多粘菌素的临床效果构成了严重挑战。MCR系整合性膜蛋白，通过其“乒乓反应”的酶学机制对类脂A进行化学修饰，进而赋予受体细菌的导粘菌素耐药能力。

MCR家族成员

MCR家族成员正在不断壮大，且表现为较大的进化多样性。MCR-4和MCR-8正是该耐药基因家族的2个新成员。课题组前期的研究业已指出海洋希瓦氏菌是MCR-4耐药的天然存储库。但是，对MCR-8的起源和机制却尚不明确。课题组通过系统生物学分析，从植物病原菌Kosakonia pseudosacchari染色体发现了一种先前未被发现的非移动粘菌素抗性酶基因，暂命名为NMCR-2。序列分析显示NMCR-2 (551aa)相较于MCR-8 (565aa) 的一致性为67.3%。MCR的系统发育树暗示NMCR-2很可能是MCR-8的祖先/前体基因 (图1)。

图1：NMCR-2是MCR-8的进化前体

事实上，nmcr-2与mcr-8在赋予受体菌产生粘菌素耐药能力上相当 (图2)。生化研究亦表明NMCR-2与MCR-8具备类似的“乒乓反应”催化特征 (图2)。功能性基序分析表明NMCR-2虽然与MCR-1不兼容，但可与MCR-8交换结构域。无论是质粒传播的MCR-8，还是染色体携带的NMCR-2，其功能性表达皆会引起其大肠杆菌受体菌付出适应性代偿。因此，NMCR-2与MCR-8的相似作用机制为夯实“NMCR-2是MCR-8的一个潜在进化祖先”这一学术假说提供了功能性证据。该课题研究不仅拓展了对获得性粘菌素耐药的理论认知，亦为逆转粘菌素耐药的新靶点发掘提供新方法与新思路。

图2：NMCR-2与MCR-8的耐药表型与机制比较

该项研究工作的顺利开展得到了广西大学生命科学与技术学院蒋承建教授与浙江工业大学李俊博士的协助。冯友军教授课题组的耐药相关研究得到了国家自然科学基金重点项目和国家重点研发计划的联合资助。

Saif Ullah博士生

冯友军教授课题组

供稿|冯友军课题组

编辑|祝淋慧

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