原核生物毒素-抗毒素系统的研究进展

毒素-抗毒素系统(toxin-antitoxin system,简称TA系统)广泛存在于原核生物(细菌和古菌)的基因组中，通常TA系统由毒素和抗毒素两部分组成，毒素发挥毒性抑制细菌生长，抗毒素可以解除抑制，它们通过体内的调控作用来对细菌或古菌的生长活动进行调节。研究发现，TA系统根据其性质及抗毒素中和毒素的方式不同可以分为8种类型Ⅰ～Ⅷ,不同类型的TA系统之间又存在着错综复杂的交互作用，而且此系统在细菌中发挥的作用也一直是近年来学者们研究的热点。现就TA系统的最新分类、TA系统的功能以及应用作一概述。     

细菌持留与抗生素表型耐药机制

持留菌是细菌群体中一小部分具有表型耐药的细菌。自1944年被发现后,近几十年来因其在慢性持续性感染和生物膜感染中的重要作用而得到越来越多的重视。已有的研究结果表明,细菌持留的机理复杂,涉及的相关信号通路有毒素-抗毒素系统、细胞能量代谢及蛋白核酸合成等生理状态的降低、DNA保护修复系统、蛋白酶系统、反式翻译、外排泵系统等。虽然不同细菌的持留机理有一定的相似性和保守性,但不同细菌的持留机制也存在差异,如毒素-抗毒素系统在大肠埃希菌(Escherichia coli)中的过度激活可导致持留菌增加,但在金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)中却并无相同作用。本文从持留菌的研究历史出发,综述了当前对革兰氏阴性菌和阳性菌的持留机制方面的研究进展,同时探讨了在持留菌相关感染疾病方面的治疗策略,以期为更好地解决持留菌带来的问题,缩短治疗时间提供新的思路。     

原核生物毒素-抗毒素系统的研究进展

毒素-抗毒素系统(toxin-antitoxin system,TA)由具有杀菌或抑菌作用的毒素和能中和毒素毒性的抗毒素组成,在细菌和古菌的染色体和可移动遗传元件中分布广泛。TA系统具有结构和功能的多样性,目前分为八大类型(Ⅰ-Ⅷ型)。研究发现TA系统与细菌生物膜的形成、细菌毒力、耐药性细菌感染、质粒拷贝数的调控及原噬菌体切离后在细胞中的稳定维持等相关。文章综述了近年来TA系统的最新分类、TA系统的功能及抗毒素的其他调控功能等进展,并对TA领域的应用做了简要描述。     

细菌毒素-抗毒素系统的功能

毒素-抗毒素(Toxin-Antitoxin,TA)系统广泛存在于原核生物和古细菌的染色体和质粒中。此系统由2个共表达的基因组成,分别编码稳定的毒素蛋白和易降解的抗毒素,毒素通常发挥毒性作用抑制细菌生长,而抗毒素则可中和毒性,二者相互作用对细菌生长状态起精密调节作用。根据TA的组成和抗毒素的性质,目前已经发现有6型TA,这些TA系统在细菌中发挥的作用一直是近年来学者们研究的热点,文中对细菌TA的功能研究进展进行了综述。     

细菌中I型毒素蛋白与细胞膜相互作用机制的研究进展

I型毒素-抗毒素（TA）系统在细菌基因组中广泛存在,在细菌的生长、生存中发挥多种生物学功能,包括抗菌、红细胞毒性、促进持留菌形成、抑制细菌生长或导致细菌休眠等。绝大部分I型毒素蛋白以细胞膜作为靶标,目前已知的一种作用机制是在细胞膜上形成孔洞结构,造成膜电位的下降或细胞膜的破坏,从而抑制ATP的合成或导致细菌死亡;另一种可能的作用机制是毒素蛋白作用在细胞膜上,改变细胞的形状,导致细胞进入休眠状态。I型毒素蛋白-细胞膜作用机制的复杂性和生物功能的多样性远超预期。因此,解析I型毒素蛋白在不同细胞膜中的组装机制及其所形成结构特征就变得非常重要,这也是揭示其结构-功能关系的关键。本文通过综述已报道的I型TA系统的结构特征与生物学功能,结合对其跨膜结构域的预测,探讨了其可能在细胞膜中形成的不同结构及其对功能的影响,分析了影响作用机制的关键因素。这些研究既给耐药细菌的治疗带来机遇,又为新型抗菌药物的研发带来思路。     

细菌II型毒素-抗毒素系统活性的调控

细菌毒素-抗毒素系统(Toxin-antitoxin system,TA)由稳定的毒素和不稳定的抗毒素构成,几乎存在于所有细菌中。已证明染色体编码的II型TA系统作为胁迫反应因子,通过毒素作用于不同的细胞靶点来调控重要的细胞活动过程,使细菌适应不同的环境胁迫。因此,毒素活性的调控是II型TA系统介导细菌适应性胁迫反应的关键。本文总结了II型TA系统毒素活性调控机制的研究进展,并介绍了作者近年来对模式蓝藻Synechocystis sp.PCC6803中II型TA毒素活性调控的研究结果。     

细菌毒素-抗毒素系统的研究进展

毒素-抗毒素系统(toxin-antitoxin system,TA)由两个共表达的基因组成,其中一个基因编码不稳定的抗毒素蛋白(antitoxin),另一个基因编码稳定的毒素蛋白(toxin).毒素-抗毒素系统最早发现于一些低拷贝的质粒,用来维持低拷贝质粒在菌群中的稳定存在.随后的研究表明,毒素-抗毒素系统广泛存在于细菌,包括一些致病菌的染色体上.在营养缺乏等不良生长条件下,由于基因表达的抑制和蛋白酶的降解作用,不稳定的抗毒素蛋白减少,从而产生游离的毒素蛋白,导致细菌的生长抑制和死亡.毒素-抗毒素系统的生理功能目前还存在争议,有学者认为细茼染色体上的毒素-抗毒素系统可以在不良生长状况下介导细菌的死亡,即细茼程序性细胞死亡(baeterial programmedcell death).但也有证据显示,毒素-抗毒素系统的功能更偏向于应激状态下的生理调节方面,即只起应激状态下的抑菌作用而不是杀菌作用.对细菌生长调控中毒素-抗毒素系统的作用机理进行综述,并探讨毒素-抗毒素系统研究的理论和应用价值.     

鲍曼不动杆菌耐药持留菌的特征及Ⅱ型毒素-抗毒素系统的多样性

摘要:【目的】研究鲍曼不动杆菌持留菌的特征,分析鲍曼不动杆菌Ⅱ型毒素-抗毒素(TA)系统的多样性及分布,探讨TA系统与持留菌形成的潜在关联。【方法】采用分属于6 大类中的6种不同抗生素分别筛选的方法分离并定量鲍曼不动杆菌的持留菌;应用PSI-BLAST及TBLASTN程序分析721株鲍曼不动杆菌中的Ⅱ型TA系统;通过聚合酶链式反应(PCR)方法检测44株临床多重耐药(MDR)的鲍曼不动杆菌中5个Ⅱ型TA系统的分布。【结果】我们发现不同抗生素处理得到的鲍曼不动杆菌持留菌的数量并不相同;对多数抗生素而言,浓度越高,得到的持留菌数量越少;处于生长平台期的菌株中相比对数期含有更多的持留菌;多粘菌素B及妥布霉素均具有杀灭部分持留菌的能力;鲍曼不动杆菌所有菌株中均含有Ⅱ型TA系统,HTH/GNAT类型在菌株中分布最为广泛;所有700余株鲍曼不动杆菌基因组中共含有15个潜在的Ⅱ型TA系统;三类普遍存在于已知基因组中的明确功能的Ⅱ型TA系统在临床多重耐药菌株中同样分布广泛,且HigB/HigA的表达量在标准株的持留菌中显著增高。【结论】鲍曼不动杆菌的持留菌水平与菌株的生长状态、抗生素的种类及浓度密切相关。Ⅱ型TA系统在鲍曼不动杆菌已知基因组和临床多重耐药菌株中普遍存在,其中,HTH/GNAT、GP49/Cro(HigB/HigA)及DUF497/COG3514三种类型的Ⅱ型TA系统可能在鲍曼不动杆菌持留菌的形成中扮演重要角色。     

毒素-抗毒素系统在应激环境下的生物学作用的研究进展

毒素-抗毒素系统（toxin-antitoxin system,TAS）广泛存在于细菌染色体及质粒上,是细菌中含量丰富的小型遗传元件。TAS通常由两个紧密相连的基因组成,分别编码毒素（toxin）和抗毒素（antitoxin）,稳定的毒素能够损伤宿主细胞,不稳定的抗毒素能够保护宿主细胞免于毒素的损伤作用。依据其性质和作用方式,目前已经发现三种型别的TAS。TAS具有多种生物学作用,如诱导程序性细胞死亡（programmed cell death,PCD）,应激条件下介导持留菌形成（persistence）,稳定基因大片段等。本文就近几年TAS在应激条件下的生物学作用的研究进展做一综述。     

细菌毒素-抗毒素系统在噬菌体流产感染中的作用北大核心CSCD

细菌常受到数量众多的噬菌体感染,宿主细菌在和噬菌体竞赛中进化出多样化的分子策略,流产感染(abortive infection,Abi)是其中之一。毒素-抗毒素系统(toxin-antitoxin system,TA)会在细菌受到压力胁迫时表达并介导细菌的低代谢甚至休眠,还能直接减少子代噬菌体形成。此外,部分毒素序列和结构与Cas蛋白高度同源,噬菌体甚至会编码抗毒素类似物来阻遏对应毒素的活性。这表明流产感染中细菌死亡过程导致的噬菌体感染失败与TA功能高度重合,TA可能是噬菌体侵染宿主的主要阻力和防御力量之一。文中基于TA系统的分类和功能,对参与噬菌体流产感染的TA系统进行了综述,并预测具有流产功能的TA系统和其在抗生素开发和疾病治疗中的应用前景。这有助于认识细菌-噬菌体相互作用,并指导噬菌体治疗和合成生物学。