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放线菌属是一类分布广、种类多的革兰氏阳性菌,以生产抗生素为代表的工业放线菌(如红霉糖多孢菌),广泛应用于工业、农业和医疗等领域;以结核分枝杆菌为代表的致病放线菌则是结核病的致病性、多重耐药性以及无症状潜伏感染研究的重点对象。细菌耐药性是人类健康的严重威胁,其影响因素除了人们熟知的染色体突变机制以外,还包括双组分调控系统等重要因素。本文系统研究了放线菌双组分调控系统MtrA-MtrB中转录因子MtrA的功能及相关调控网络,拓展和丰富了 MtrA在耐药性领域的调控能力,解析了耐药性相关酶Eis的酶学性质,期望建立MtrA介导的耐药能力调控网络,为放线菌的生理病理研究和新药开发提供理论基础。具体的研究内容如下:(1)转录因子MtrA调控红霉糖多孢菌耐药性及红霉素合成的机制研究。我们发现,红霉素高产菌株E3菌的转录调控因子MtrA的C端DNA识别螺旋中存在两个氨基酸(H197和V198)的缺失(MtrAdel),MtrA的靶基因mepA编码一种与金属内肽酶相关的膜蛋白,可作用于细胞壁肽;而MtrAdel由于DNA结合活性的丧失,不能调控mepA基因的转录,影响细胞壁状态,从而减弱菌株的耐药性。此外,MtrAdel还能够提高红霉素的生物合成水平,解除渗透保护机制以及改善物质运输能力。这些结果表明,MtrA是放线菌耐药性等一系列重要生理过程的多效调节因子。(2)转录因子MtrA介导的分枝杆菌耐药性调控机制研究。我们发现,MtrA能够通过直接抑制WhiB蛋白家族中whiB2的转录,增强耻垢分枝杆菌的耐药性;进一步的CHIP-Seq分析和验证了panD和katG是WhiB2调控的耐药性相关靶基因。此外,我们还发现了复苏激活因子rpfE也是MtrA的调控靶标,MtrA能够直接激活rpfE的转录,调控分枝杆菌的潜伏/激活,影响细菌对抗生素的响应。这些结果拓展了 MtrA介导的分枝杆菌耐药性调控网络,为新型高效抗结核药物的研发提供依据。(3)分枝杆菌MtrA-WhiB下游靶蛋白Eis乙酰转移酶的酶学性质研究。Eis(增强胞内存活蛋白)是WhiB蛋白家族的调控靶标,通过乙酰化氨基糖苷类抗生素使细菌获得耐药性。我们研究发现,Eis蛋白还具有乙酰化芳烷基胺的能力,是一种新型的芳烷基胺N-乙酰转移酶(AANAT,EC 2.3.1.87),通过体外乙酰化实验和生物信息学分析证实了 Eis的芳烷基胺N-乙酰转移酶能力在放线菌属中具有保守性。由于组胺等芳烷基胺化合物在免疫反应中至关重要,Eis蛋白的AANAT活性研究有利于进一步拓宽我们对革兰氏阳性病原体与宿主相互作用的认识,深入解析耐药基因的分子机制,促进病理研究和治疗药物的开发。