质粒双链DNA转移导致细菌耐药的分子基础和调控机制

质粒转移是细菌形成多药耐药性的主要原因。例如，携带bla (NDM-1)基因的质粒向普通大肠杆菌转移可导致超级细菌的产生。传统观点认为，质粒DNA仅能以单链DNA形式自发进入细胞。申请人的研究表明，裸露的质粒DNA以双链形式自发进入大肠杆菌，且该过程受转录因子sigmaS调控。本项目拟通过基因组文库、基因转录谱和蛋白表达谱差异分析等方法筛选影响质粒双链DNA转移的基因；采用基因失活和回补等遗传学手段寻找质粒转移直接相关的基因并鉴定它们的功能，从而探讨质粒双链DNA自发转移的分子基础；根据sigmaS结合启动子并调控基因转录的特征，鉴定受sigmaS直接调控的影响质粒双链DNA转移的基因，从而明确sigmaS调控质粒转移的分子机制。本研究将揭示一种新的质粒转移及其调控机制，为防控耐药菌产生奠定基础。

细菌自然转化介导的质粒转移是细菌形成耐药性和致病性的主要原因之一。通常，细菌自然转化由一套保守的受转录调控的DNA摄取装置介导，它可将外源双链DNA转变为单链DNA并将其摄入细胞。大肠杆菌基因组上虽然有完整的DNA摄取基因的同源基因，但是它们不介导其自然转化。在这种特殊的转化过程中，双链DNA可直接进入细胞。本项目旨在探索细菌自然转化中双链DNA跨膜的分子基础和调控机制。项目研究人员首先构建了一套易于在室温下操作的简便稳定的大肠杆菌自然转化体系，并在这套新体系中表明大肠杆菌自然转化受平台期转录调控因子RpoS（SigmaS）调控。在调查双链DNA跨膜机制时，研究人员发现外膜蛋白OmpA阻遏自然转化而促进人工转，推测OmpA在自然和人工转化介导DNA转移中相反的作用可能与决定OmpA孔道开关的盐桥Arg138-Glu52相关。通过转录组测序的方法筛选出影响大肠杆菌自然转化的受RpoS调控基因ydcS，并表明与ydcS位于同一操纵子ydcSTUV上的内膜蛋白编码基因ydcV失活导致自然转化频率显著降低，推测RpoS可能通过影响介导双链DNA跨越内膜的蛋白YdcS和YdcV调控大肠杆菌自然转化。本研究为揭示细菌自然转化中质粒双链DNA转移的机制提供新线索。