【科研热点】Nature:艰难梭菌的铁代谢突破性机制

2023-12-18 20:57:26, 天美生化 天美仪拓实验室设备(上海)有限公司


艰难梭菌的铁代谢

突破性机制

科研热点

Nature

艰难梭菌

艰难梭菌(Clostridioides difficile, 简称C. diff)是一种革兰氏阳性厌氧芽孢杆菌,构成全球公共卫生的紧迫威胁。在美国,每年该病菌引发大约50万例感染,导致超过2.9万人死亡。目前的治疗手段仅限于抗生素,并在病情更为严重时考虑粪便菌群移植或手术。然而,尽管经过治疗,艰难梭菌感染的复发率仍高达20-25%。

▲ 艰难梭菌(Clostridioides difficile)图示

铁对于生命至关重要,但铁过量是有毒的。为了在宿主体内生存,细菌病原体进化出了铁的摄取、储存和解毒策略,以维持自身铁稳态。2023年11月15日,范德堡大学Eric Skaar课题组皮花亮博士及其合作者们在Nature上发表了文章——Clostridioides difficile ferrosome organelles combat nutritional immunity——肠道病菌艰难梭菌如何对抗宿主的营养免疫。

作者发现,艰难梭菌在细菌内进行铁的生物矿物化,将铁储存于膜结合的铁质体(ferrosome)细胞器中(简称铁质体),以防止短暂的环境铁过载对菌的毒性作用。此外,该研究显示,铁质体系统在艰难梭菌感染过程中被激活,使其能对抗宿主限制铁的营养免疫机制并克服肠道中的铁应激。这突破性的研究成果也为全新的抗菌策略的开发提供了可能性。 

文章发现艰难梭菌(C. diff)通过产生含有非结晶磷酸铁生物矿物的铁质体细胞器来储存铁,铁质体通常在细胞膜附近。

▲ 文中fig.4通过Cryo-ET揭示的铁质体(ferrosome)的囊泡结构

铁质体的形成依赖于膜蛋白FezA和P1B6-ATP酶转运蛋白FezB,二者可被铁和铁摄取调节因子Fur抑制;铁质体系统在环境从低铁向富铁转变时维持艰难梭菌的铁稳态,抵御短暂的铁过载毒性;在艰难梭菌感染小鼠模型中,艰难梭菌的铁质体系统在发炎肠道中被激活,以对抗由钙卫蛋白介导的铁螯合(宿主营养免疫机制),对感染期间艰难梭菌的定植和存活很重要。

这项研究很可能会引起多个领域的广泛兴趣,包括微生物学、纳米技术和生物化工。铁质体还可能被用于开发金属纳米颗粒,例如金属纳米粒子的生产和药物递送囊泡等。在病原体细菌内发现铁质体的这一发现将会重塑我们对感染期间宿主与病原体相互作用以及厌氧微生物如何在宿主内适应金属营养元素水平波动的理解。更重要的是,铁质体系统在艰难梭菌感染中的重要性为其成为治疗该病原体的新靶点奠定了基础。

参考文献

Pi, H., Sun, R., McBride, J.R. et al. Clostridioides difficile ferrosome organelles combat nutritional immunity. Nature 623, 1009–1016 (2023). 

“Nature | Eric Skaar/周强军合作揭示艰难梭菌的铁代谢突破性机制”——中国疾病预防控制中心——国外信息

https://www.chinacdc.cn/gwxx/202312/t20231201_271021.html

《Clostridioides difficile ferrosome organelles combat nutritional immunity》文献原文.pdf

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本研究中艰难梭菌CD196 WT菌株及其衍生物均在COY公司厌氧培养箱(90%氮,5%氢,5%二氧化碳)中培养生长。

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