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Nature子刊:武汉大学普颖颖团队等揭示细菌新型细胞器保护mRNA的机制

来源:生物世界 2025-08-21 09:04

这项研究表明,mRNA 在 aggresome 中的储存有助于细菌在应激压力下的存活和复苏。

在真核细胞中,通过液-液相分离(LLPS)形成的无膜结构(例如应激颗粒、P小体)可通过隔离 mRNA 来调控其储存、翻译或降解。

而细菌缺乏膜包裹的复杂细胞器,在细菌中,应激颗粒等无膜结构如何影响 mRNA 的动态变化以及它们的功能作用,目前尚不明确。

2025 年 8 月 19 日,武汉大学普颖颖教授团队联合英国约克大学Mark C. Leake团队及北京大学白凡教授(武汉大学裴林森、鲜雨珈、闫晓丹等为共同第一作者),在 Nature 子刊Nature Microbiology上发表了题为:Aggresomes protect mRNA under stress inEscherichia coli的最新研究论文。

该工作首次揭示了大肠杆菌持留菌的关键无膜细胞器 aggresome(细菌应激颗粒) 通过静电排斥机制选择性保护 mRNA 的完整性,从而增强细菌在逆境中的生存力与复苏效率。这一发现不仅深化了对细菌耐药机制的理解,也为靶向持留菌的新型抗菌策略提供了理论突破口。

图片持留菌(Persisters)是细菌群体中因休眠而耐受的小亚群,可逃逸宿主清除,导致感染复发与慢性迁延。持留菌的核心特征在于其独特的生存策略:它们通过进入深度休眠状态显著降低代谢活性,从而逃避抗生素的杀伤;当环境压力解除后,这类休眠细胞能动态复苏并恢复生长,成为感染复发的潜在源头;临床上,持留菌至少与 20% 的慢性感染密切相关,对疾病迁延与治疗失败构成持续性威胁。

该团队之前的研究发现,持留菌通过液-液相分离(LLPS)形成无膜细胞器 aggresome,其动态组装与解聚直接调控休眠深度与复苏时序。然而,aggresome 如何精确保障细菌在应激后的快速复苏,仍是未解之谜。

在这项最新研究中,研究团队采用了多种方法,包括活细胞成像、聚合物物理学建模和转录组学,证明了在大肠杆菌中长期的应激压力导致 ATP 耗尽,从而增加了细胞内aggresome的形成、聚集以及这些aggresome内特定 mRNA 的富集。较长的 mRNA 转录本在aggresome中积累得比在细胞质中多。质谱分析和诱变研究表明,由于其表面负电荷产生的静电排斥作用,mRNA 核糖核酸酶被排除在aggresome之外。

利用荧光报告基因进行的实验以及对aggresome形成的破坏表明,aggresome内 mRNA 的储存促进了翻译的快速重新激活,并且与大肠杆菌在去除应激压力后生长过程中迟缓期的缩短有关。

总的来说,这项研究表明,mRNA 在aggresome 中的储存有助于细菌在应激压力下的存活和复苏。

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