施一公小组揭示大肠杆菌耐酸机制

清华大学生命科学学院医学院的研究人员在一项新的研究中证实，左旋谷氨酰胺通过酶促反应释放氨，使大肠杆菌耐酸。相关论文“L-谷氨酰胺对大肠杆菌的耐酸性”发表在1月22日的《细胞研究》杂志上。

本文的通讯作者是清华大学生命科学院院长施一公教授。他的研究团队主要致力于用结构生物学和生物化学的方法研究肿瘤发生和凋亡的分子机制，重点研究肿瘤抑制蛋白和凋亡调节蛋白的结构和功能，与重大疾病相关的膜蛋白的结构和功能，以及细胞内生物大分子机器的结构和功能。

食源性细菌对全球健康构成威胁。1982年，大肠杆菌O157:H7引发了一场全球大流行。2011年，大肠杆菌O104菌株:H4在欧洲引发了一场疫情，导致18人死亡，500人感染1人。为了能够通过酸碱度约为2的胃，并在其他酸性环境中生存，大肠杆菌形成了一个精确的耐酸系统(ARs)。

在三种已知的AR1中，AR1的功能机制仍不清楚。相反，AR2和AR3的分子机制已经被进一步分析。AR2含有一个氨基酸反向转运蛋白GadC，负责细胞外L-谷氨酸(Glu)和细胞内γ-氨基丁酸(GABA)的交换。两种谷氨酸脱羧酶GadA和GadB将谷氨酸转化为γ-氨基丁酸。与AR2相似，AR3也有两种成分:反向转运蛋白AdiC和精氨酸脱酸酶AdiA。一个完整的AR2或AR3循环可以将细胞质中的质子释放到细胞外环境，从而增加细胞内的酸碱度并促进细菌在酸性环境中的存活。

全面了解细菌AR对临床有效预防和治疗具有重要意义。因为所有食源性病原体都必须通过酸性极强的胃，所以了解细菌在酸碱度为2-3的环境中的生存机制是非常重要的。目前，研究人员对这些机制知之甚少。

在这项研究中，研究人员发现了一种新的大肠杆菌耐酸系统，并证实它依赖于谷氨酰胺酶YbaS和氨基酸反向转运蛋白GadC。这种YbaS和GadC可以被酸性的酸碱度激活，只有当酸碱度小于或等于6.0时才能正常工作。大肠杆菌通过吸收谷氨酰胺(Gln)，将其转化为谷氨酸(Glu)，并释放出气态氨。游离氨中和质子，导致酸性环境中细胞内酸碱度增加。GadC负责细胞外Gln和细胞内Glu的交换。通过这种耐酸系统，保证了大肠杆菌在极端酸性环境中的生存。

这一新的研究对了解细菌的生理具有重要意义，并为开发抗肠道致病菌的抗生素提供了新的认识。