近日，四川农业大学预防兽医研究所刘马峰教授课题组在微生物学TOP期刊《Applied and Environmental Microbiology》在线发表题为《Manganese efflux achieved by MetA and MetB affects oxidative stress resistance and iron homeostasis in Riemerella anatipestifer》的研究论文。文章首次发现了革兰氏阴性菌RND (Resistance-nodulation-cell division)家族外排泵具有外排锰离子的功能。
RND(Resistance-nodulation-cell division)家族外排泵在革兰氏阴性菌多重耐药性中发挥着重要作用，是遏制耐药主要的研究对象。此外，RND外排泵还是公认的最有效的宿主防御系统之一，可以将有害物质主动排出细胞外。然而，RND外排天然底物的种类未被完全鉴定。
文章以鸭疫里默氏杆菌为代表，构建了5类（MFS, RND, PACE, SMR, MATE）12个编码外排泵基因的缺失株，并检测它们对锰离子的敏感性。结果表明，有2个编码RND外排泵的基因 (B739_RS08835，B739_RS04280) 缺失后对锰离子更加敏感，且胞内锰离子积累增加。锰离子在胞内的积累会导致该菌分裂受阻及铁稳态的失调（图1）。更为新奇的发现是，该菌编码的DtxR家族蛋白参与了锰、锌、铜、铁、钴和镍六种金属稳态的调控，是目前报道的调控金属离子最多的一种调节蛋白。鉴于该菌DtxR家族蛋白与已鉴定其它菌DtxR蛋白具有较低的同源性，作者将其命名为MetR (metals efflux transporter regulator)。综上，该研究拓展了革兰氏阴性菌RND外排泵外排天然底物的认知范围，以及DtxR家族调控金属稳态的机制多样性，对进一步了解细菌金属稳态机制具有重要意义，对将来利用新型金属材料防控细菌感染具有借鉴作用。该工作的第一作者是四川农业大学2020级硕士研究生郭方，通讯作者是程安春教授和刘马峰教授。
课题组主要集中在鸭疫里默氏杆菌金属代谢的稳态研究，前期已经对该菌的铁离子代谢（转运、外排、螯合和调节）进行了系统研究。本研究进一步证明了细菌不同金属代谢之间存在交互作用，为进一步阐明鸭疫里默氏杆菌金属稳态的机制开拓了新的研究方向。该研究得到了国家自然科学基金 (32172851)和四川省科技厅项目(2020YJ0344)的资助。论文链接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36815770/
图1. 过量锰离子积累导致鸭疫里默氏杆菌分裂受阻
