囊性纤维化患者慢性肺部感染期间高突变 Pseudomonas aeruginosa 适应性微进化的动态变化

背景：在囊性纤维化（CF）患者中，高突变 Pseudomonas aeruginosa 的出现驱动了对这些患者炎症肺部具有高效适应能力的 P. aeruginosa 变异株的选择。目的：详细调查 CF 患者慢性肺部感染期间 P. aeruginosa 生理特性的适应性变化。方法：我们对从 3 名选定 CF 患者中分离出、跨越 3-5 年的连续同基因分离株进行了比较蛋白质组和转录组分析。分析的分离株既包括具有高突变率且其甲基导向错配修复系统存在缺陷的菌株（以下简称“mutators”），也包括无此类改变的菌株（以下简称“nonmutators”）。结果：除了毒力减弱外，P. aeruginosa 的适应过程主要影响代谢途径。在从终末期 CF 肺病患者体内分离出的 mutator 菌株中，我们观察到参与脂肪酸与氨基酸代谢以及能量生成的基因转录物或蛋白质水平有所增加。特别值得注意的是参与以下途径和过程的基因表达上调：(1) 厌氧精氨酸脱亚胺酶途径，(2) 厌氧呼吸（例如硝酸盐摄取蛋白 OprF、azurin 和细胞色素 c551 过氧化物酶），(3) 微需氧呼吸（例如细胞色素氧化酶 cbb3），以及 (4) 三羧酸循环和乙醛酸分流。值得注意的是，厌氧调节基因 anr 转录的增加与 ANR 依赖性基因的上调呈正相关。结论：这些变化表明存在一种适应性转变，即趋向于组成型表达在 CF 患者肺部化脓性分泌物所形成的营养和微需氧条件下生长所需的基因。此外，这些结果为 P. aeruginosa 在进展性 CF 肺病期间所采用的持续感染策略提供了重要线索。