研究揭示细菌病原体如何适应营养压力

人类病原菌金黄色葡萄球菌必须适应不断变化的宿主环境才能致病。许多这种适应性是通过双组分信号转导系统(tss)介导的，该系统在环境刺激下协调基因表达。在《细菌学杂志》报道的一项新研究中，伊利诺斯州的研究人员对葡萄球菌TCS ArlRS在应对宿主施加的锰和葡萄糖饥饿时所利用的信号转导机制进行了深入研究。

该研究的负责人、微生物学副教授Thomas Kehl-Fie (MMG)说:“信号转导系统，如ArlRS，在允许病原体适应病原体在感染过程中遇到的不断变化的环境中发挥着关键作用，因此是疾病的关键因素。”

为了限制金黄色葡萄球菌的致病性，宿主在感染期间隔离必需的营养物质，如锰、锌和铁，这一过程被称为营养免疫。然而，成功的病原体可以绕过这种宿主防御，引起疾病。研究人员锁定了金黄色葡萄球菌所利用的一种机制，该机制依赖于ArlRS双组分系统，该系统包括组氨酸激酶ArlS和应答调节蛋白ArlR。

“我们特别感兴趣的是阐明ArlR是如何被激活的，因为这种反应调节剂与金黄色葡萄球菌在营养限制和协调反应攻击宿主免疫系统的能力有关，”Kehl-Fie说。

“Kehl-Fie实验室的兴趣之一是试图了解金黄色葡萄球菌是如何抵抗营养免疫的，”paola párraga Solórzano说，他是Kehl-Fie实验室的博士生，也是这篇论文的第一作者。“由于ArlR被建议由其他组氨酸激酶激活，我们想了解ArlS是否对ArlR对锰和葡萄糖限制条件的反应是必要的。”

尽管组氨酸激酶与它们的同源反应调控因子有特定的相互作用，但当组氨酸激酶激活非同源反应调控因子时，可能会发生串扰。在其他研究中，一种非同源的组氨酸激酶被证明可以激活ArlR，这使ArlS在抵抗营养免疫中的作用受到质疑。

为了确定ArlS是否是激活ArlR所必需的，我们评估了一个缺乏ArlS基因的突变株在锰缺乏条件下生长和激活ArlR的能力。这些条件是通过钙保护素实现的，钙保护素是一种免疫效应物质，可以将锰与金黄色葡萄球菌等病原体隔离。该研究表明，在这些条件下，ArlS对ArlR的激活是必要的，párraga Solórzano说。

由于葡萄糖是金黄色葡萄球菌首选的碳源，párraga Solórzano评估了ArlS在葡萄糖缺乏条件下的作用。párraga Solórzano说，虽然ArlR在没有ArlS的情况下仍然具有一定的活性，但ArlS需要完全激活以应对葡萄糖限制。

“我们能够理解这些信号机制是如何工作的，以及金黄色葡萄球菌如何协调对感染期间通常遇到的压力条件的反应。”párraga Solórzano说。“我们确定ArlS在金黄色葡萄球菌对锰饥饿和葡萄糖限制的反应中都很重要。”

The Sensor Histidine Kinase ArlS Is Necessary for Staphylococcus aureus To Activate ArlR in Response to Nutrient Availability