布魯氏菌病是人、家畜等哺乳動(dòng)物感染布魯氏菌而導(dǎo)致的重要的人獸共患病，在世界范圍內(nèi)多有發(fā)生。此病不僅給養(yǎng)殖業(yè)帶來(lái)嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，還有引發(fā)嚴(yán)重公共衛(wèi)生問(wèn)題的風(fēng)險(xiǎn)。布魯氏菌可通過(guò)呼吸、進(jìn)食等途徑進(jìn)入機(jī)體，隨后被巨噬細(xì)胞所吞噬；它是典型的胞內(nèi)菌，可以在巨噬細(xì)胞中存活并復(fù)制，進(jìn)而可以長(zhǎng)期存在于體內(nèi)。布魯氏菌與宿主的相互作用過(guò)程中利用一些特殊的系統(tǒng)，如四型分泌系統(tǒng)（Type IV secretion system）。此系統(tǒng)可以感應(yīng)巨噬細(xì)胞內(nèi)酸性環(huán)境，從而啟動(dòng)表達(dá)、分泌效應(yīng)蛋白以影響宿主，幫助布魯氏菌完成感染巨噬細(xì)胞并實(shí)現(xiàn)存活與復(fù)制。所以，分泌系統(tǒng)對(duì)于布魯氏菌與宿主互作時(shí)發(fā)揮重要的作用。雙精氨酸系統(tǒng)（Twinarginine translocation system，Tat）是植物和細(xì)菌中常見的蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)，通常由tatABC 3 個(gè)基因編碼。它的轉(zhuǎn)運(yùn)底物一般是包含兩個(gè)精氨酸的信號(hào)肽（其基序S-R-R-x-F-L-K）的已折疊蛋白；轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程一般是從胞質(zhì)轉(zhuǎn)移到膜上、周質(zhì)空間或者分泌到胞外。

近期，《Infection and Immunity》發(fā)表了雙精氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)對(duì)布魯氏菌發(fā)揮完整毒力至關(guān)重要的研究。該研究首先在馬耳他種布魯氏菌M28 基因組中鑒定了一套雙精氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)，利用tatA 的基因缺失株，研究者發(fā)現(xiàn)Tat 系統(tǒng)缺陷的布魯氏菌在體外對(duì)膜刺激物SDS、金屬螯合劑EDTA 和氧化刺激物H2O2的敏感性均大大增加，表明Tat 系統(tǒng)對(duì)維持布魯氏菌外膜的完整性和抗氧化能力很重要。進(jìn)一步在巨噬細(xì)胞和小鼠感染模型上研究的結(jié)果均顯示了Tat 系統(tǒng)缺陷嚴(yán)重影響了布魯氏菌感染巨噬細(xì)胞和小鼠的能力，表現(xiàn)為脾臟腫大不明顯以及菌載量顯著降低；此外，研究者還發(fā)現(xiàn)Tat 系統(tǒng)突變株感染小鼠后脾臟在肉芽腫形成、嗜中性粒細(xì)胞浸潤(rùn)、布魯氏菌免疫反應(yīng)性等病理指標(biāo)上與野生型感染相比均有明顯減弱。

為了進(jìn)一步探索Tat 系統(tǒng)對(duì)毒力的影響是否與其轉(zhuǎn)運(yùn)底物有關(guān)，研究者首先利用三個(gè)生信分析工具，基于信號(hào)肽基序和切割位點(diǎn)等特征，篩選到布魯氏菌M28 中至少有28 個(gè)蛋白可能通過(guò)Tat 系統(tǒng)轉(zhuǎn)運(yùn)。隨后，研究者利用大腸桿菌酰胺酶報(bào)告系統(tǒng)，驗(yàn)證了其中至少23 個(gè)蛋白確實(shí)為Tat 系統(tǒng)的轉(zhuǎn)運(yùn)底物；這些底物可以被歸類為ABC 轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白、氧化還原酶、細(xì)胞壁合成酶等。最后，該研究成功構(gòu)建了22 個(gè)Tat 底物的缺失株，進(jìn)行了小鼠感染試驗(yàn)，結(jié)果顯示，Tat 底物中的酰胺水解酶、L，D-轉(zhuǎn)肽酶、ABC 轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白和甲硫氨酸亞砜還原酶對(duì)布魯氏菌發(fā)揮完整毒力有明顯貢獻(xiàn)；但是，布魯氏菌Tat 系統(tǒng)缺陷導(dǎo)致的毒力減弱不能用單一的Tat 底物來(lái)解釋，毒力的減弱可能是多種表型和底物共同作用的結(jié)果。

本研究首次對(duì)布魯氏菌的Tat 底物進(jìn)行了系統(tǒng)性的鑒定，并展示了Tat 系統(tǒng)及其轉(zhuǎn)運(yùn)底物在布魯氏菌發(fā)揮毒力過(guò)程中的作用；為了解布魯氏菌的病原學(xué)和毒力策略開辟了一條新的途徑；同時(shí)，Tat缺失株作為一個(gè)弱毒株，可以為開發(fā)抗布魯氏菌藥物或減毒活疫苗提供重要的參考價(jià)值。未來(lái)的工作可以聚集于鑒定更多的Tat 底物、明確各個(gè)底物的生物學(xué)功能以及闡明各底物在細(xì)菌生理和感染中的具體作用和機(jī)制。

評(píng)述論文來(lái)源：XIN YAN,SEN HU,YAN YANG,et al. The twin arginine translocation system is important for stress resistance and virulence of Brucella melitensis [J].Infect Immun. 2020, 10: IAI.00389- 20. doi: 10.1128/IAI.00389-20.