在饥饿和低氧等应激条件下,结核分枝杆菌可以自发的产生生长停滞,进入不增殖的持留状态,形成相当长的临床潜伏期。现有的抗结核药物不能快速有效地消灭持留结核分枝杆菌,而当机体免疫力下降(如营养不良、应用皮质激素或HIV感染等),持留结核分枝杆菌可以重新增殖,造成临床结核病的发生。目前人们对结核分枝杆菌持留现象产生的分子机制的认识还十分有限。近几年对细菌基因组上毒素-抗毒素系统的研究发现,该系统的多个家族在应激条件下(营养匮乏、抗生素药物等逆境条件)可以介导细菌的生长抑制,导致细菌的生长停滞。MazEF系统是在大肠杆菌染色体发现的第一个毒素一抗毒素系统,由两个可以共表达的抗毒素蛋白MazE和毒素蛋白MazF组成。MazF是一个具有序列特异性的核糖核酸内切酶,通过切割mRNA来调控细菌的生长。MazF同源蛋白广泛地存在于细菌中,构成一个新的蛋白家族被称为mRNA Interferase。　　 序列同源性分析表明,结核分枝杆菌H37Rv基因组含有38个可能的毒素-抗毒素位点,其中有九个是编码MazF同源蛋白的基因。这些同源基因分别与其上游相邻的基因,组成类似毒素-抗毒素系统的结构。我们主要鉴定了其中6个可能的MazF同源蛋白,和另外一个被命名为PemK的MazF同源蛋白。研究结果表明,MazF同源蛋白Rv1942c、Rv0659c、Rv1495对大肠杆菌和耻垢分枝杆菌的正常生长均无明显的影响作用,同时也不具备切割RNA的能力,因此它们不与其上游基因构成毒素.抗毒素系统;另外三种MazF同源蛋白Rv1102c、Rv1991c和Rv2801c在大肠杆菌中和耻垢分枝杆菌中都具有抑制细菌生长和生存的作用,并且毒素蛋白的毒性作用能够被其相应的抗毒素蛋白解除,这表明Rv1103c-Rv1102c、Rv1991a-Rv1991c和Rv2801a-Rv2801c是结核分枝杆菌基因组上的毒素-抗毒素系统,研究进一步证实这些系统中的毒素蛋白Rv1102c、Rv1991c和Rv2801c均通过切割RNA的机制发挥作用;另外,结核分枝杆菌PemK-PemI系统也被证实是毒素-抗毒素系统,即毒素蛋白PernK能够抑制大肠杆菌和耻垢分枝杆菌的生长或生存,同时表达抗毒素蛋白PemI能够解除此种抑菌或杀菌作用,但毒素蛋白PemK不具有切割RNA的活性,具体作用机制目前还不清楚。对上述七个系统的启动子活性测定结果表明,在正常生存环境下只有Rv2801c、Rv1991c和Rv0659c的启动子序列(分别记作P2801c、P1991c和P0659c)有活性,其中P2801c活性很高,其他四个系统Rv1942c、Rv1495、Rv1102c和PemK的启动子(分别记作P1942c、P1495、P1102c和PPemK)没有明显的活性。　　 我们进一步对Rv2801a-Rv2801c毒素-抗毒素系统进行了研究。在耻垢分枝杆菌中诱导表达毒素蛋白Rv2801c,随诱导时间的延长,活菌数Cfu显著下降,而及时诱导表达抗毒素蛋白Rv2801a可以在一定程度上恢复细菌的生长,使活菌数明显增加,这表明Rv2801c的抑制作用在一定时间内是可逆的,其对细菌生长的调节作用是抑菌而不是杀菌。抗毒素蛋白Rv2801a可以与毒素蛋白Rv2801c结合形成复合物,从而抑制Rv2801c切割RNA活性,消除Rv2801c对细菌生长的影响。在完全饥饿的情况下Rv2801a-Rv2801c系统的启动子活性显著增强,表明该系统可能与应激条件下生长调控相关,但这种启动子活性变化不依赖于Re1A模拟的营养匮乏,DosR模拟的缺氧应激以及D,L-正缬氨酸诱发的氨基酸缺乏,具体原因还有待深入研究。　　 本实验将毒素-抗毒素系统的研究拓展到结核分枝杆菌这一重要的病原菌,鉴定结核分枝杆菌中的毒素-抗毒素系统,阐明结核分枝杆菌中毒素-抗毒素系统的调控机理,这将有助于进一步了解结核分枝杆菌持留现象产生的分子机制,并为相关疾病的防治提供新的线索。