分枝杆菌中c-di-GMP受体调节子BfcR调控细菌生物膜形成和耐药性的分子机制研究

Tuberculosis is communicable disease caused by Mycobacterium tuberculosis, which poses a great threat to human health and life. In particular, the emergence of drug-resistant Mycobacterium tuberculosis has brought great difficulties and challenges to the prevention and control of tuberculosis. Biofilms can enhance drug resistance in mycobacteria, and the messenger molecule c-di-GMP can affect biofilm formation. However, the mechanism that c-di-GMP regulates mycobacterial biofilm formation and further affects drug resistance is not clear. To address this issue, we will systematically identify the function and signaling pathway of c-di-GMP responding regulator BfcR based on previous works. Then, we will reveal the mechanism that BfcR regulates biofilm formation and drug resistance in mycobacteria. Firstly, we will identify BfcR interaction with c-di-GMP through ITC, SPR and EMSA assays. Then, the physiological roles of BfcR in mycobacteria will be analyzed by detecting biofilm formation and drug resistance phenotype of bfcR knockout and other recombinant strains. Finally, target genes regulated by BfcR will be identified by transcriptome analysis, RT-qPCR and ChIP experiments to explore the regulation pathways. The results will elucidate the mechanism that BfcR regulates biofilm formation and drug resistance in mycobacteria.

结核病是结核分枝杆菌引起的传染病，严重威胁人类的健康和生命。特别是耐药性结核菌的出现给结核病的防治带来极大的困难与挑战。分枝杆菌的生物膜能增强其耐药性，信号分子c-di-GMP能够影响生物膜的形成，但关于c-di-GMP如何调控分枝杆菌生物膜形成进而影响耐药性的分子机制尚不清楚。针对这一科学问题，本项目基于前期的工作基础，通过系统鉴定一个直接应答c-di-GMP信号的转录因子BfcR的功能和相关信号通路，揭示其参与调控分枝杆菌生物膜形成和耐药性的分子机制。首先，通过ITC、SPR和EMSA实验分析BfcR与c-di-GMP的特异性相互作用；然后，通过检测bfcR敲除等相关重组菌株生物膜的形成和耐药性，鉴定其生理功能；最后，利用转录组测序、RT-qPCR及ChIP技术鉴定BfcR所调控的靶基因。研究结果将阐明c-di-GMP受体调节子BfcR调控分枝杆菌生物膜形成进而影响耐药性的分子机制。

结核病是结核分枝杆复合菌群引起的人畜共患传染病，严重威害公共卫生安全，是全球重点关注的健康问题。耐药性结核杆菌的出现，给结核病的防治带来了极大的困难与挑战。细菌生物被膜的形成可极大提高其抗逆生存能力，其中包括耐药性等。环二鸟苷单磷酸（c-di-GMP）是细菌中普遍存在的第二信使，通过其下游的受体调控细菌生物被膜形成等多种生理过程。然而，目前有关信号分子c-di-GMP调控分枝杆菌生物被膜形成的信号通路与分子机理还不清楚，相关的受体还未被发现。本项目基于前期的工作基础，系统鉴定第二信使分子c-di-GMP的新受体及其调控功能，揭示其调控分枝杆菌生物被膜形成的分子机理。首先，我们发现了c-di-GMP调控耻垢分枝杆菌的生物被膜形成，这一调控过程依赖转录调节子BfcR，进一步，我们证实了BfcR为c-di-GMP新的信号受体。其次，BfcR通过调控羟酰基ACP脱水酶HadD的表达，从而影响耻垢分枝杆菌细胞壁的脂质合成，进而影响细菌生物被膜的形成。再次，c-di-GMP可增强BfcR对HadD的正调控进而促进耻垢分枝杆菌的生物被膜形成。最后，我们发现c-di-GMP调控生物被膜形成的信号调控系统在耻垢分枝杆菌，卡介苗与结核分枝杆菌中非常保守。综上，本项目鉴定了分枝杆菌新的信号受体转录调节子BfcR，解析了信号分子c-di-GMP通过受体BfcR调控hadD的表达从而调控分枝杆菌细胞壁脂质合成，进而调控细菌生物被膜形成的分子新机理。生物被膜的形成与病原菌的耐药性密切相关，因此揭示结核分枝杆菌生物被膜形成的分子机制，可为发现抗结核新药靶与设计新药物提供重要的参考依据。