HmgR, a key enzyme in the mevalonate pathway for isoprenoid biosynthesis, is essential for growth of Listeria monocytogenes EGDe
- 作者
- Sinead Heuston, Máire Begley, Martin S. Davey, Matthias Eberl, Pat G. Casey, Colin Hill, Cormac G. M. Gahan
- 单位
- Department of Microbiology, University College Cork; Alimentary Pharmabiotic Centre, University College Cork; Department of Infection, Immunity and Biochemistry, School of Medicine, Cardiff University; School of Pharmacy, University College Cork
- 杂志
- Microbiology（2012）
- DOI
- 10.1099/mic.0.056069-0
- 所属领域
- 微生物学
- 关键词
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解决的核心问题
尽管单核细胞增生李斯特菌同时拥有完整的甲羟戊酸途径和MEP途径，但确定哪条途径对细菌生长是必需的，以及hmgR基因在生长和感染中的作用。
研究策略
利用pORI280/pVE6007同源重组系统构建hmgR、gcpE和lytB的精确缺失突变体；通过外源甲羟戊酸补充、IPTG诱导互补、生长曲线、RT-PCR和小鼠竞争指数实验分析基因必需性及体内存活。
研究路线图
核心内容
本研究利用pORI280/pVE6007同源重组系统，对单核细胞增生李斯特菌EGDe株构建了甲羟戊酸途径关键酶基因hmgR以及MEP途径基因gcpE和lytB的精确缺失突变体，以解析两条类异戊二烯合成途径在细菌生长与感染中的功能分工。结果显示，ΔhmgR突变体在无外源甲羟戊酸的BHI培养基中仅能生长至OD620约0.2即停止，而补充200–300 μM甲羟戊酸可完全恢复其至野生型生长水平；即便延迟至6或10小时补加，生长仍能完全恢复，且细胞数量在无甲羟戊酸时仅增加1 log后静止，补加后额外增加2 log。体内实验表明，口服或腹腔感染小鼠3天后，ΔhmgR无法从肝脏和脾脏中回收，而ΔgcpE在竞争指数中显著受损。这些结果证明，尽管该菌同时拥有完整的MEP途径，HmgR仍是生长不可或缺的酶，甲羟戊酸途径为功能性主导途径，MEP途径无法补偿其缺失，提示HmgR可作为潜在的抗菌药物靶点。
创新点
['首次成功构建李斯特菌hmgR精确缺失突变体，证明hmgR在存在完整MEP途径时仍为生长所必需', '利用新开发的分子工具进行基因必需性验证', '体内实验证明hmgR突变体无法在小鼠肝脏和脾脏中存活']
研究对象（3）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Listeria monocytogenes EGDe | 甲羟戊酸途径 | hmgR | HmgR | 催化 | 甲羟戊酸途径关键酶，可能为HMG-CoA还原酶 |
| Listeria monocytogenes EGDe | MEP途径 | gcpE | GcpE | 催化 | MEP途径酶（IspG） |
| Listeria monocytogenes EGDe | MEP途径 | lytB | LytB | 催化 | MEP途径酶（IspH） |
关键发现
- ΔhmgR突变体在无外源甲羟戊酸的BHI中仅能生长至OD620约0.2后停止
- 添加200-300 μM甲羟戊酸可恢复至野生型生长水平
- 延迟至6小时或10小时添加甲羟戊酸仍能完全恢复生长
- 在无甲羟戊酸条件下，细胞数量仅增加1 log后保持静止，添加后额外增加2 log
- 在小鼠口服和腹腔感染后3天，ΔhmgR无法从肝脏和脾脏中回收
- ΔgcpE在竞争指数中显著受损（P<0.05）。
研究结论
HmgR是李斯特菌生长不可或缺的酶，MEP途径无法补偿其缺失，甲羟戊酸途径是主要功能途径；hmgR可作为抗菌药物靶点。