锌饥饿驱动铜绿假单胞菌中与囊性纤维化相关的呼吸重塑和代谢适应

宿主营养免疫通过改变金属可利用性来限制微生物生长。在囊性纤维化（CF）患者中，栖息于黏稠气道黏液中的微生物经历严重的营养限制，尤其是锌（Zn）限制，而这在限制肺部定植中发挥关键作用。然而，铜绿假单胞菌作为导致CF患者发病和死亡的重要因素，采用多种策略克服Zn缺乏并在气道内持续存活。理解铜绿假单胞菌如何适应Zn匮乏，可能有助于开发以Zn稳态为靶点的抗菌策略。 在本研究中，我们表征了支持铜绿假单胞菌在Zn受限条件下存活的生理和转录适应。对无法有效获取Zn的znuAzrmB双突变体进行转录组分析显示，涉及中心碳代谢、运动性和毒力的通路受到广泛抑制。值得注意的是，Zn限制促进了广泛的呼吸重塑，其特征为向厌氧代谢转变、反硝化通路诱导、末端氧化酶表达改变以及氧消耗降低。这些代谢变化与ATP生成减少、膜电位改变以及对氨基糖苷类药物耐受性增加相关。此外，Zn饥饿突变体还表现出群体感应分子产生减少、氧化还原失衡以及氧化应激反应改变。这些适应中的许多与从CF痰液中分离的铜绿假单胞菌中观察到的现象相似，提示其趋同于一种共同的宿主适应性生理状态。总体而言，这些发现表明Zn饥饿是CF条件下驱动细菌生理重塑的重要因素，并揭示了Zn限制、呼吸重编程以及铜绿假单胞菌中与持留相关表型出现之间此前未被认识到的联系。

宿主营养免疫通过改变金属可利用性来限制微生物生长。在囊性纤维化（CF）患者中，栖息于黏稠气道黏液中的微生物面临严重的营养限制，尤其是锌（Zn）限制，而这在限制肺部定植中起着关键作用。然而，作为CF发病率和死亡率的重要促成因素，铜绿假单胞菌采用多种策略克服Zn缺乏并在气道内持续存活。理解铜绿假单胞菌如何适应Zn剥夺，可能有助于开发以Zn稳态为靶点的抗菌策略。

在本研究中，我们表征了支持铜绿假单胞菌在Zn受限条件下存活的生理适应和转录适应。对无法有效获取Zn的znuAzrmB双突变体进行转录组分析显示，涉及中心碳代谢、运动性和毒力的通路受到广泛抑制。值得注意的是，Zn限制促进了广泛的呼吸重塑，其特征为向厌氧代谢转变、反硝化通路诱导、末端氧化酶表达改变以及氧耗降低。这些代谢变化与ATP生成减少、膜电位改变以及氨基糖苷耐受性增加相关。此外，Zn饥饿突变体还表现出群体感应分子产生减少、氧化还原失衡以及氧化应激反应改变。这些适应中的许多与从CF痰液中分离的铜绿假单胞菌所观察到的适应相似，提示其趋同于一种共同的宿主适应性生理状态。总体而言，这些发现表明Zn饥饿是CF条件下驱动细菌生理重塑的一个主要因素，并揭示了Zn限制、呼吸重编程以及铜绿假单胞菌中与持留相关性状出现之间一种此前未被认识的联系。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.07.15.738699v1?rss=1

🏷️ 铜绿假单胞菌 锌饥饿 呼吸重塑 代谢适应 囊性纤维化 抗生素耐受