<p>休斯敦&mdash;&mdash;（2022 年 12 月 12 日）&mdash;&mdash;萊斯大學(xué)的合成生物學(xué)家開發(fā)了一種新方法來研究沙門氏菌、大腸桿菌和其他病原體每年用來使數(shù)百萬人患病的感覺系統(tǒng)。</p> <p>&nbsp;</p> <p><img src="https://info.compassedu.hk/sucai/content/1672130237629/1672130237629.jpg" width="540" height="360" /></p> <p><br />Kathryn Brink 是萊斯大學(xué) 2021 年的博士畢業(yè)生。系統(tǒng)、合成和物理生物學(xué)專業(yè)。（杰夫&middot;菲特洛/萊斯大學(xué)攝）</p> <p>&nbsp;</p> <p>在致病細(xì)菌中，傳感器PhoPQ打開感染所需的一組基因。水稻研究人員將 PhoPQ 重新連接到一個報告基因，該基因每次受到刺激時都會產(chǎn)生熒光蛋白。然后，研究人員將他們的工程微生物暴露于數(shù)千種稱為肽的小蛋白質(zhì)中，每當(dāng)肽觸發(fā) PhoPQ 傳感器時，微生物就會發(fā)出明顯的熒光。</p> <p><br />在Nature Chemical Biology發(fā)表的一篇論文中，Rice 的Jeff Tabor、主要合著者Kathryn Brink&nbsp;'21 及其同事描述了他們的技術(shù)，并展示了如何將其與一種稱為肽展示的方法相結(jié)合，以快速掃描大型肽庫并識別那些激活細(xì)菌傳感器。</p> <p><br />&ldquo;這是研究細(xì)菌中肽-受體相互作用的第一種高通量方法。&rdquo;Tabor 說。</p> <p><br />肽是一類重要的細(xì)菌感受器激活劑。細(xì)菌可以像化學(xué)推文一樣傳播肽，以警告危險或組織集體行動。致病菌也已經(jīng)進(jìn)化到可以檢測威脅性肽，包括人類抗菌肽(AMP)。</p> <p>&nbsp;</p> <p><img src="https://info.compassedu.hk/sucai/content/1672130252700/1672130252700.jpg" width="540" height="360" /></p> <p><br />萊斯大學(xué)研究生麥克斯韋亨特拿著一盤發(fā)光的大腸桿菌。水稻合成生物學(xué)家將熒光報告基因添加到細(xì)菌中，并將基因連接到致病菌用來感染人類的??傳感器。這種修改使研究人員能夠快速篩選大型肽庫并確定哪些肽觸發(fā)了傳感器。（攝影：Gustavo Raskosky/萊斯大學(xué)）</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;AMP 是我們的身體產(chǎn)生的小蛋白質(zhì)，通過殺死細(xì)菌來對抗感染。&rdquo;Tabor 說。&ldquo;它們是由免疫系統(tǒng)和許多組織制造的。它們還可以通過充當(dāng)激活或抑制免疫活動的信號來發(fā)揮&ldquo;雙重作用&rdquo;，例如殺死細(xì)菌的炎癥。&rdquo;</p> <p><br />Brink、Tabor、Rice 研究生 Maxwell Hunt 和他們的同事使用質(zhì)粒改造大腸桿菌，使其在外表面展示 AMP。</p> <p><br />&ldquo;這種方法的好處是，我們可以通過構(gòu)建數(shù)千個質(zhì)粒，用數(shù)千種不同的肽輕松&lsquo;治療&rsquo;大腸桿菌。&rdquo;Tabor 說。&ldquo;與化學(xué)肽合成相比，這既便宜又容易。&rdquo;</p> <p><br />先前的研究表明，PhoPQ 可以感知一種人類 AMP 以及幾種在炎癥中起作用的人類信號肽。</p> <p><br />&ldquo;肽的大規(guī)?；瘜W(xué)合成非常昂貴，因此研究激活 PhoPQ 能力的肽數(shù)量的先前記錄是 9。&rdquo;Tabor 說。&ldquo;通過對肽進(jìn)行基因編碼，我們能夠在一次實(shí)驗(yàn)中篩選出 3,000 多個肽。&rdquo;</p> <p><br />他說，該實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生了&ldquo;海量數(shù)據(jù)，其中隱藏著關(guān)于 PhoPQ 感知肽的一般特性的信息。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p><img src="https://info.compassedu.hk/sucai/content/1672130272808/1672130272808.jpg" width="540" height="304" /></p> <p><br />萊斯大學(xué)的合成生物學(xué)家創(chuàng)建了一個系統(tǒng)，其中細(xì)菌外表面（頂部）上的肽（黃色）與傳感器（紫色/粉紅色）結(jié)合，以激活細(xì)菌內(nèi)部熒光蛋白（綠色）的表達(dá)（底部）。（圖片由 Maxwell Hunt/萊斯大學(xué)提供）</p> <p>&nbsp;</p> <p>Brink 和 Tabor 使用機(jī)器學(xué)習(xí)（人工智能的一種形式）來分析數(shù)據(jù)，找到隱藏的模式并發(fā)現(xiàn)&ldquo;激活 PhoPQ 所需的肽特征的新&lsquo;規(guī)則&rsquo;，&rdquo;他說。</p> <p><br />&ldquo;人體產(chǎn)生大約 140 AMP，&rdquo;Tabor 說。&ldquo;在這些人中，只有兩個人接受過激活 PhoPQ 的能力測試。我們測試了其中的大部分，并發(fā)現(xiàn)了 13 種新的人類 AMP，它們可以激活這種細(xì)菌傳感器。它們在身體的不同組織中產(chǎn)生，包括小腸、泌尿道和免疫細(xì)胞。這表明這些細(xì)菌正在抵御更多我們免疫系統(tǒng)的攻擊，并且可能在我們身體的更多地方進(jìn)行防御，這比以前認(rèn)為的要多。&rdquo;</p> <p><br />PhoPQ 是細(xì)菌病原體中高度保守的遺傳途徑。為了擴(kuò)大他們的發(fā)現(xiàn)并探索 PhoPQ 傳感如何在其他物種中進(jìn)化，Brink 和 Tabor 還描述了 PhoPQ 對大腸桿菌致病性和非致病性菌株以及另一種稱為肺炎克雷伯菌的病原體的反應(yīng)。</p> <p>&nbsp;</p> <p><img src="https://info.compassedu.hk/sucai/content/1672130285142/1672130285142.jpg" width="250" height="350" /></p> <p><br />Jeffrey Tabor（照片由 Jeffrey Tabor 提供）</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;我們發(fā)現(xiàn)了驚人的證據(jù)，表明致病性大腸桿菌和肺炎克雷伯菌中的 PhoPQ 對在它們感染的組織中富含的 AMP 反應(yīng)更強(qiáng)烈。&rdquo;Tabor 說。例如，來自致病性大腸桿菌的 PhoPQ 對膀胱中的 AMP 反應(yīng)更強(qiáng)烈，而膀胱中的 AMP 經(jīng)常引起感染。</p> <p><br />&ldquo;這一結(jié)果表明可能存在一場軍備競賽，人類進(jìn)化出新的 AMP 以新方式攻擊細(xì)菌，而細(xì)菌則進(jìn)化為專門防御這些 AMP。&rdquo;Tabor 說。</p> <p><br />他說，新的肽展示方法并不適用于所有的肽。</p> <p><br />&ldquo;有些具有無法使用我們的系統(tǒng)進(jìn)行的高級化學(xué)修飾。&rdquo;Tabor 說。&ldquo;但我們的方法與許多肽兼容，包括某些 AMP 中存在的具有二硫鍵的肽。我們認(rèn)為我們的方法可用于發(fā)現(xiàn)激活其他細(xì)菌受體的肽，這些受體參與許多細(xì)菌的毒力、細(xì)菌間戰(zhàn)爭、生物膜形成、感染和其他過程。&rdquo;</p> <p><br />Tabor 是生物工程和生物科學(xué)教授。布林克是斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院的博士后研究員，也是萊斯大學(xué)系統(tǒng)、合成和物理生物學(xué)博士的校友。</p> <p><br />其他研究的共同作者包括萊斯大學(xué)的 Maxwell Hunt、Andrew Mu、Kevin Lorch 和 Brett Pogostin、麻省理工學(xué)院的 Ken Groszman 以及俄亥俄州立大學(xué)的 Ky Hoang 和 John Gunn。</p> <p><br />該研究得到了韋爾奇基金會 (C-1856)、國家科學(xué)基金會 (1553317、1842494)、美國國立衛(wèi)生研究院 (R01AI155586-01A1)、萊斯大學(xué)和全國兒童醫(yī)院的支持。</p> <p>&nbsp;</p> <blockquote> <p>注：本文由院校官方新聞直譯，僅供參考，不代表指南者留學(xué)態(tài)度觀點(diǎn)。</p> </blockquote>