分泌系统研究新进展
河弧菌是一种新发的食源性病原菌，广泛分布于海水和稍带盐分的港湾水、河水中，引起霍乱样腹泻或其他肠外感染症状，在全球范围内引起腹泻的散发与暴发流行，是弧菌属中仅次于霍乱弧菌和副溶血弧菌的致病性弧菌。
VI型分泌系统（T6SS, type VI secretion system）是一种新发现的蛋白分泌系统，广泛存在于革兰阴性细菌中，被喻为细菌的纳米武器，在细菌与其他微生物以及与宿主之间的相互作用过程中发挥重要作用。T6SS主要通过向靶细胞输送效应蛋白而发挥功能，效应蛋白的多样性决定了其广泛的生理功能（细菌间竞争、致病性、环境适应性及金属离子摄取等），加之其独特的作用机制，成为当前微生物领域的研究热点。
本研究发现河弧菌85003的VflT6SS可分泌一个C末端带有鼠疫菌素样酶活性结构域（PstA，两者氨基酸同源性仅33%）的VgrG效应蛋白TssI2，介导细菌间竞争。我们证明TssI2的功能活性主要由它的C末端功能结构域所贡献，通过裂解细胞壁肽聚糖（PG）分子的β-1,4-糖苷键而表现出胞壁质酶/溶菌酶活性，并且该结构域在γ变形菌门中分布最为丰富。T6SS采用PstA结构域作为有效的抗菌武器，与鼠疫菌素本身相比，大大拓宽了该活性结构域的生物杀伤靶标。PstA分布多样性也表明其整合可能与水平基因转移有关。TssI2下游基因编码的TsiI2蛋白可以通过高亲和性的物理结合方式，在细胞周质间隙拮抗TssI2的抗菌活性，用于保护自身免被误杀伤。
图1 TssI2 C末端结构域的功能表征和分类学分布分析
通过序列比对、同源建模和突变分析等方法，我们还鉴定了数个对TssI2的抗菌活性和PG水解酶活性至关重要的氨基酸残基，推测这些残基可能参与底物特异性结合和维持结构域的适当构象，其确切机制仍有待进一步明确。
使用序列同源性比较分析，我们构建了不同河弧菌分离株中VgrG的C末端延伸簇及其免疫蛋白的进化关系，五个簇的代表序列都具有强烈的杀菌活性表型，尽管彼此的序列同源性较低。此外我们还发现了一些免疫蛋白除了对其同源效应蛋白具有保护作用外，还对非同源效应蛋白具有交叉保护作用。河弧菌分离株中具有生物学活性表型的多种不同序列变异的VgrG提示了外源毒素结构域独立进化的可能性，增加了T6SS毒性效应蛋白的多样性。这项研究拓宽了我们对进化的VgrG效应蛋白及其同源免疫蛋白的多样性和功能机制的理解。
图3 河弧菌中TssI2的保守性及表型功能分析
以上研究获国家重点研发计划和国家自然科学基金委的支持，以TssI2-TsiI2 of Vibrio fluvialis VflT6SS2 delivers pesticin domain-containing periplasmic toxin and cognate immunity that modulates bacterial competitiveness为题发表于2022年的Gut Microbes杂志上，中国疾病预防控制中心传染病所黄元铭为文章第一作者，梁未丽研究员和阚飙研究员为共同责任作者。Gut Microbes为JCR分区在微生物学和胃肠病学与肝病学学科中的Q1区期刊，主要聚焦肠道微生物群及其对健康和疾病影响方面的研究。
