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研究人員開發基於銅綠假單胞菌的新型光敏蛋白
《美國化學會(hui) —合成生物學》當期封麵
本報訊（見習(xi) 記者刁雯蕙）近日，中科院深圳先進技術研究院合成生物學研究所金帆團隊與(yu) 黃術強團隊關(guan) 於(yu) 細菌感染的研究成果，以封麵文章的形式發表於(yu) 《美國化學會(hui) —合成生物學》。研究團隊開發了基於(yu) 銅綠假單胞菌的新型光敏蛋白YGS24，實現了用光學方法控製細菌對宿主的感染行為(wei) 。
該研究實現了對宿主體(ti) 內(nei) 細菌致病能力的定量和時間控製，從(cong) 而可以揭示其局部和係統對宿主健康和死亡的影響，有望探索和發現致病菌新的致病機理，進而加速相關(guan) 創新療法的開發。
對於(yu) 人類疾病預防而言，了解細菌如何感染人體(ti) ，進而對細菌感染行為(wei) 進行調控至關(guan) 重要。細菌的感染通常呈現急性和慢性兩(liang) 種模式。而細菌不同的感染行為(wei) 往往會(hui) 對宿主產(chan) 生不同影響——急性感染下，細菌會(hui) 引起宿主急性炎症反應；慢性感染下，細菌往往會(hui) 形成生物被膜，對抗生素和宿主免疫係統具有更強的耐受性，不易被根治。
該研究中，研究團隊選取了常見的機會(hui) 性致病菌——銅綠假單胞菌作為(wei) 研究模型。“這是一種對人體(ti) 和動植物均有潛在致病性的革蘭(lan) 氏陰性菌，它的臨(lin) 床分離率較高。對於(yu) 免疫受損以及皮膚或黏膜受損的病人來說，銅綠假單胞菌感染具有很高的發病率和致死率。”論文共同通訊作者楊帥表示。
有別於(yu) 利用化學誘導物進行基因表達調控的傳(chuan) 統手段，研究團隊利用光遺傳(chuan) 學調控的方式，基於(yu) 銅綠假單胞菌GacS蛋白和GacA蛋白組成的雙組分係統，開發了新型光敏蛋白YGS24。
“GacS-GacA雙組分係統在銅綠假單胞菌急性和慢性感染模式的切換上有著關(guan) 鍵性的調控作用。GacS蛋白通過調節GacA蛋白的磷酸化程度對下遊致病相關(guan) 基因進行調控。當GacA蛋白的磷酸化水平高時，細菌傾(qing) 向於(yu) 形成生物被膜，慢性感染相關(guan) 基因的表達被促進；而當GacA蛋白的磷酸化水平低時，細菌更傾(qing) 向於(yu) 表達與(yu) 急性感染模式相關(guan) 的基因。”楊帥解釋道，“我們(men) 以YGS24蛋白取代細菌中原有的GacS蛋白，構建了YGS24-GacA光控係統，對銅綠假單胞菌的感染行為(wei) 進行精確的光調控。”
利用YGS24-GacA光控係統，研究團隊在 “致命麻痹”和“緩慢殺戮”的秀麗(li) 隱杆線蟲—銅綠假單胞菌致病模型中，成功實現了細菌對線蟲致病能力的藍光調控。此外，通過該光控係統，利用顯微鏡技術和微流控技術，研究團隊成功實現了對秀麗(li) 隱杆線蟲腸腔內(nei) 銅綠假單胞菌致病調控回路的原位光誘導。
“YGS24光敏蛋白的研發擴充了光遺傳(chuan) 學的工具庫，同時它也是在銅綠假單胞菌中開發的第一個(ge) 光敏蛋白。它將推動光遺傳(chuan) 學在微生物研究領域的發展，還將在細菌感染行為(wei) 相關(guan) 的基礎研究中發揮獨特作用。”楊帥表示。
相關(guan) 論文信息：https://doi.org/10.1021/acssynbio.1c00075
《中國科學報》 (2021-06-23 第4版 綜合)
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