β-内酰胺酶能将β-内酰胺类抗生素（以下简称β-内酰胺类）水解,其诱导表达是革兰氏阴性菌对该类抗生素产生耐药性的最主要原因。β-内酰胺类通过与青霉素结合蛋白（Penicillin binding proteins,PBPs）共价结合,使得细菌细胞壁合成受阻,从而诱导β-内酰胺酶基因的表达。除β-内酰胺类外,还有多种抗生素特异性靶向细菌细胞壁的生物合成,如万古霉素、D-环丝氨酸和默诺霉素等。然而,这些抗生素能否诱导β-内酰胺酶基因的表达尚不清楚。Shewanella oneidensis是自然界中广泛存在的革兰氏阴性菌,对β-内酰胺类具有天然耐药性。前期研究表明,该菌中β-内酰胺酶基因（bla A）的表达受氨苄青霉素（一种β-内酰胺类）诱导。本研究考察多种细胞壁靶向抗生素对bla A基因诱导表达的影响,并探究其分子机制,得到如下结果:通过测定β-内酰胺类对bla A基因启动子(P_{bla A})活性的影响,发现不同β-内酰胺类诱导bla A基因表达的能力不同,头孢磺啶和先锋霉素高水平诱导bla A基因的表达,而头孢噻肟和氨曲南不能诱导bla A基因的表达。有趣的是,其他类型的细胞壁靶向抗生素（如万古霉素、D-环丝氨酸和默诺霉素）同样可诱导bla A基因的表达,并且万古霉素和D-环丝氨酸能显著增强细菌对氨苄青霉素的抗性。非细胞壁靶向抗生素与引起膜损伤的化学物质对bla A基因的表达无影响。这些结果表明bla A基因不仅受β-内酰胺类诱导,还受非β-内酰胺类的细胞壁靶向抗生素诱导。β-内酰胺类诱导β-内酰胺酶的表达通常与其作用靶点（PBPs）失活有关。S.oneidensis中至少含有8个PBPs,前期研究发现该菌中PBP1a可能是β-内酰胺类作用的首要靶点。本研究通过序列对比发现S.oneidensis PBP1a(^SoPBP1a)与Escherichia coli中PBP1a(^EcPBP1a)的同源性达50%,具有与^EcPBP1a相同的结构域和特征基序;并且^EcPBP1a可在功能上代替^SoPBP1a。^SoPBP1a是双功能酶,同时具有转糖基酶和转肽酶活性。研究发现,^SoPBP1a中任一酶活性的丧失都能增强bla A基因的表达及氨苄青霉素抗性,还能引起明显的细胞壁损伤。随后的研究发现,细胞壁靶向抗生素不影响^SoPBP1a的表达,表明其对bla A基因的诱导表达并不是由^SoPBP1a失活引起。然而,诱导bla A基因表达的细胞壁靶向抗生素都可以引起细胞壁的损伤。进一步研究发现,细胞壁靶向抗生素能激活双组分系统Sbr KR,其中Sbr K是位于细胞质膜上的组氨酸激酶,而Sbr R是位于细胞质中的反应调节蛋白。Sbr KR中任一组分缺失后细胞壁靶向抗生素无法诱导bla A基因表达,也无法增强细菌对氨苄青霉素的抗性,并且Sbr KR中保守的磷酸化位点突变后也能引起同样的结果。由此可见,细胞壁靶向抗生素通过双组分系统Sbr KR诱导bla A基因的表达,该诱导作用依赖于Sbr KR的磷酸化。生物信息学分析结果表明,Sbr K中位于周质空间的信号感知区域为糖配体结合结构域。突变该结构域中的关键氨基酸残基,经表型试验发现R177、Y178和I289位点的突变使得bla A基因不再被诱导,表明这三个位点在与未知糖配体的结合过程中发挥至关重要的作用。多种结构不同的细胞壁靶向抗生素可能产生相同的糖配体,与Sbr K结合后激活Sbr KR,从而诱导β-内酰胺酶基因的表达。