8月13日，國際學術期刊Nature Communications在線發表了中國科學院上海免疫與感染研究所晁彥杰研究組的研究論文：RNA interactome of hypervirulent Klebsiella pneumoniae?reveals a small RNA inhibitor of capsular mucoviscosity and virulence。該研究聚焦于高毒力高耐藥超級細菌的致病機制，利用自主研發的微生物活細胞RNA-RNA互作組研究技術（iRIL-seq），揭示了高毒力肺炎克雷伯菌的非編碼RNA調控網絡圖譜，發現非編碼小RNA通過靶向一個新型毒力因子從而有效抑制超級細菌感染與疾病發生。
高毒力肺炎克雷伯菌可在健康人體中引起嚴重感染，導致肺炎、肝膿腫、腦膜炎、膿毒癥等多種疾病，病情發展迅速、傳播快、病死率高，已在全球16個不同國家報告發現，具有潛在大流行的風險，被世界衛生組織列為急需控制的優先病原體。這種新型超級肺炎細菌致病機制不明，缺乏明確的蛋白質毒力因子，研究發現關鍵致病因子是細菌表面的高黏性莢膜多糖，幫助該菌逃逸宿主免疫系統的識別與清除，實現多組織器官的入侵與復制。因此，了解莢膜多糖的合成如何調控，以及高黏性如何產生，是闡明高毒力肺炎克雷伯菌致病機理的關鍵。非編碼小RNA是原核病原微生物中數量最多的一類轉錄后調控因子，通過與靶標mRNA進行直接互作配對，調節靶標mRNA的翻譯或降解過程，在細菌毒力、抗生素耐藥、營養代謝、壓力應激、生物膜合成、群體感應等許多生物學過程中發揮重要的作用。該研究利用一項近期自主開發的微生物活細胞RNA-RNA互作組學研究技術iRIL-seq (Nat. Commun，2023,14:8106)，全面建立了高毒力肺炎克雷伯菌中的RNA-RNA互作網絡，發現了多個非編碼小RNA調控莢膜多糖合成相關基因表達與莢膜黏性的直接證據。
圖1. RNA-RNA互作組揭示高毒力肺炎克雷伯菌中莢膜多糖基因的RNA調控網絡
基于RNA-RNA互作組數據，研究人員篩選測試了20多個非編碼小RNA，發現ArcZ對莢膜黏性具有最強烈的抑制作用，能夠顯著抑制高毒力肺炎克雷伯菌感染小鼠致病。ArcZ的抑制作用高度保守，不受菌株基因型與莢膜型的影響，在高毒力且高耐藥臨床菌株中仍有顯著效果，表明ArcZ是一種具有臨床治療潛力的強效RNA抑制劑。研究進一步發現了激活ArcZ轉錄表達的碳源代謝信號與相關轉錄因子CRP；鑒定了ArcZ調控的下游靶標基因mlaA和fbp，分別編碼了外膜磷脂轉運蛋白MlaA和果糖磷酸酶Fbp，證明ArcZ利用RNA-RNA堿基互作機制在轉錄后水平抑制mlaA與fbp mRNA的翻譯表達，揭示了一個全新的CRP-ArcZ-MlaA高黏性莢膜調控通路。
圖2. 高毒力肺炎克雷伯菌非編碼小RNA ArcZ抑制毒力莢膜黏性的分子機制
外膜磷脂轉運蛋白MlaA不直接參與莢膜多糖的合成，該研究進一步闡明了MlaA調控高黏性的分子機制。通過對mlaA基因進行敲除、基因組回補、蛋白關鍵位點突變等深入分析，意外發現MlaA蛋白及其介導的磷脂轉運活性對莢膜高黏性和致病性都至關重要，是一個尚未被報道的新型毒力因子。缺失MlaA不僅導致高毒力肺炎克雷伯菌莢膜黏性顯著降低，而且造成細菌毒力大幅下降，喪失感染小鼠的能力。因此，該研究不僅揭示了一個高毒力超級細菌感染致病的新型毒力機制，而且發現了靶向抑制該毒力機制的非編碼RNA分子，為開發新型抗感染藥物和超級細菌疫苗提供了新的思路與方向。
?中國科學院上海免疫與感染研究所晁彥杰研究員為該論文唯一通訊作者；晁彥杰研究組助理研究員吳可菁、博士研究生林星宇、碩士研究生陸雨潔為論文共同第一作者。該工作得到了北京大學第三醫院沈寧、鄭佳佳的幫助；受到了國家重點研發計劃、中國科學院B類先導計劃、國家自然科學基金等科研項目的經費支持。
原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-51213-z
研究組簡介：
微生物RNA系統生物學研究組（負責人：晁彥杰研究員）以人體重要病原菌和共生菌為研究對象（如腸道沙門菌、肺炎克雷伯菌等），利用獨特的高通量測序技術和功能基因組實驗方法，鑒定新型的非編碼小RNA、RNA結合蛋白并解析其功能與機制，加深對微生物感染致病、耐藥持留、宿主互作和共生機制的認識。課題組主持承擔多項國家級人才與科研項目，在Nature, Mol Cell, Nature Comm, EMBO J, EMBO Mol Medicine, Trends in Microbiol, Emerging Microb & Infections等國際期刊發表30多篇高水平論文，引用超過7000次，歡迎有志青年加入團隊。
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