Zoonoses 最新重磅文章

Identification of Novel Mutations Associated with Bedaquiline Resistance in Mycobacterium Marinum

海洋分枝杆菌中发现与贝达喹啉耐药性相关的新型基因突变

作者：Longlong Wang, Yufan Xu, Zhe Wang

分枝杆菌属包括多种重要致病性细菌，除了危害巨大、为人熟知的结核分枝杆菌和麻风分枝杆菌外，还包括约200种成员，统称为非结核分枝杆菌（non-tuberculosis mycobacteria, NTM)。非结核分枝杆菌多为条件致病性病原，对健康人群危害有限；但对于免疫受损人群，易导致类似结核病的症状以及引发全身性感染。近年来，全球非结核分枝杆菌感染病例快速上升，在某些地区甚至高于结核感染，从而对公共卫生形成新挑战。应对非结核分枝杆菌感染，仍然高度依赖于抗菌药物。幸运地是，目前部分抗结核药物仍能有效对抗非结核分枝杆菌。

贝达喹啉是一种新型二芳基喹啉类抗分枝杆菌药物，通过抑制结核分枝杆菌ATP合成酶质子泵活性来影响结核分枝杆菌ATP合成，从而发挥抗菌及杀菌作用。临床上用于治疗成人耐多药肺结核（MDR-PTB）。贝达喹啉对结核分枝杆菌敏感菌株和耐药菌株均具有同等杀菌活性，对休眠菌也具有良好灭菌作用。

2023年2月2日，上海交通大学农业与生物学院王哲团队在Zoonoses发表原创性论文《Identification of Novel Mutations Associated with Bedaquiline Resistance in Mycobacterium Marinum》（海洋分枝杆菌中发现与贝达喹啉耐药性相关的新型基因突变）。

在该研究中，作者重点关注一种具有代表性的非结核分枝杆菌：海洋分枝杆菌。通过探索新型抗结核药物贝达喹啉对这种非结核分枝杆菌的杀伤机理和耐药性产生机制，加强我们对非结核分枝杆菌的认识和应对手段。

在该研究中，作者首先建立了基于实验室的海洋分枝杆菌耐药性人工进化体系（图1）。通过迭代多次的药物胁迫压选择，使得部分细菌在基因组上发生点突变、基因片段缺失等遗传学变异，从而获得不同程度耐药性表型（图2）。随后，作者将获得的58株耐药细菌进行全基因组测序分析。结果表明，具有最高耐药水平的菌株（抗6~10倍最低抑菌浓度）恰恰在ATP合成酶上亚基AtpB上发生了突变，暗示了贝达喹啉在海洋分枝杆菌中的作用靶标同样也是细菌的能量合成机器。测序结果还显示，两个高频率出现的突变区域都和相对低水平的细菌耐药特征（抗2倍最低抑菌浓度）相关联。其中MMAR_1007在结核分枝杆菌中的同源蛋白Rv0678，已经被证明可以作为MmpS5-MmpL5系统的转录负调控子，参与贝达喹啉耐药性的产生。与此同时，在本研究中我们鉴定到一种全新的突变模式（G563A），以极高的频率（54/58）出现在YrbE3A-1基因的编码区。而进一步的蛋白结构分析显示，上述突变导致的甘氨酸-天冬氨酸转变，恰恰发生在此ABC转运蛋白结构中的两个关键α螺旋的连接之处（图3）。研究团队正在对此突变位点进行深入的功能分析。

该研究表明，贝达喹啉在结核分枝杆菌和非结核分枝杆菌中的耐药性，既有相同之处、又有所区别。该研究有助于开发新型抗非结核分枝杆菌感染的药物组合（基于贝达喹啉的复方），也可以在临床上应用于对贝达喹啉耐药菌株的快速精准诊断。

图1 在海洋分枝杆菌中通过人工进化体系筛选贝达喹啉耐药菌株流程图

图2 进化出不同耐药能力的突变菌株

图3 海洋分枝杆菌YrbE3A_1的整体蛋白结构及突变氨基酸位点

原文链接：

https://www.scienceopen.com/hosted-document?doi=10.15212/ZOONOSES-2022-0042