亚抑制浓度庆大霉素通过抑制SDH-延胡索酸-fliA信号轴降低大肠杆菌丛动性的机制研究

We found that pretreatment with sub-inhibitory concentration of gentamicin inhibited the swarming motility of Escherichia coli(E. coli). The above effect was related with the inhibited expression of succinodehydrogenase(SDH) and reduced production of fumarate. This indicates that gentamicin has its own advantages in treating E coli infection in clinic. However, whether gentamicin has the same suppressive effect on the clinical E. coli isolates remains unknown. The mechanism involved in it still need further investigationBased on the previous results of RNA sequencing, we hypothesized the inhibited swarming by sub-inhibitory concentration of gentamicin is mediated by SDH-fumarate-fliA signal pathway. In this study, cilinical isolates of E coli will be collected to confirm the inhibition of swarming motility by sub-inhibitory concentration of gentamicin. SDH or fliA mutant will be constructed to investigate the mechanisms through the level of genes and proteins. This study will provide more theoretical and scientific basis for gentamicin treatment in E. coli infeciton in clinic.

本项目组前期发现亚抑制浓度庆大霉素预处理可抑制大肠杆菌标准株的丛动性，该机制可能与琥珀酸脱氢酶（SDH）表达抑制，延胡索酸产生减少有关，提示庆大霉素治疗大肠杆菌感染有其自身优势，但庆大霉素对临床菌株是否具有同样的丛动抑制作用，具体机制如何？目前仍待进一步研究。根据前期转录组测序结果，我们推测亚抑制浓度庆大霉素可能通过抑制SDH-延胡索酸-fliA信号轴降低大肠杆菌丛动性。本项目拟收集临床分离的大肠杆菌，从体外及体内实验验证亚抑制浓度庆大霉素预处理的临床大肠杆菌的运动性及毒力抑制作用；构建SDH及fliA基因缺陷株，从基因及蛋白水平探讨SDH-延胡索酸-fliA信号通路在庆大霉素抑制大肠杆菌丛动性的作用机制，以期为临床庆大霉素治疗大肠杆菌相关感染提供更多的理论基础及科学依据。

大肠杆菌是引发临床感染最为常见的致病菌之一。运动性是大肠杆菌致病力或侵袭力的表型之一，运动性与大肠杆菌的迁移，扩散，定植及免疫逃逸均有关。丛动是细菌运动的一种主要表现形式。我们前期研究发现，大肠杆菌经亚抑制浓度的庆大霉素预处理后，丛动性可显著降低，提示庆大霉素治疗大肠杆菌感染有其自身优势，本研究基于前期的工作基础，探讨亚抑制浓度的庆大霉素对大肠杆菌丛动性的抑制作用及相关机制。在本项目中，我们从体外及体内实验验证了亚抑制浓度庆大霉素预处理的临床大肠杆菌的运动性及毒力抑制作用；Real-time PCR测定结果显示：庆大霉素对三羧酸循环（TCA）相关基因，延胡索酸的产生、ATP的产生，fliA鞭毛操纵子及其相关基因的表达均有显著的抑制作用，补充延胡索酸及ATP能逆转庆大霉素对大肠杆菌的丛动的抑制作用。为了证明庆大霉素可能通过fliA调控大肠杆菌的丛动性，我们构建了fliA的过表达株及敲除株，并验证了fliA对大肠杆菌丛动性的调控作用。补充延胡索酸不能增强fliA敲除菌的丛动性，但补充ATP能增强fliA敲除株的丛动性。结果提示fliA受延胡索酸调控，而ATP对丛动性的调控机制位于fliA基因的下游。综上，我们得出结论：庆大霉素可能通过抑制延胡索酸产生，进而下调fliA鞭毛操纵子以及下游基因，抑制了ATP的产生，因能量产生不足，抑制了细菌的丛动性，降低细菌趋化性及毒性。

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