Interdependency of Respiratory Metabolism and Phenazine-Associated Physiology in Pseudomonas aeruginosa PA14  

銅綠假單胞菌PA14呼吸代謝與吩嗪相關(guān)生理學(xué)的相互依賴  

來源：Journal of Bacteriology, Volume 202, Issue 4, e00700-19, February 2020

《細(xì)菌學(xué)雜志》第202卷第4期，文章編號e00700-19，2020年2月

 

摘要內(nèi)容：  

該研究探討了銅綠假單胞菌PA14中呼吸代謝與吩嗪相關(guān)生理學(xué)之間的相互依賴關(guān)系。吩嗪作為電子穿梭體，能夠介導(dǎo)胞外電子傳遞（EET），在病原體毒力和燃料電池中具有重要作用。研究發(fā)現(xiàn)，吩嗪生產(chǎn)影響呼吸活性和末端氧化酶基因表達(dá)，碳源身份影響吩嗪還原機(jī)制，生物膜生長影響吩嗪庫組成。這些發(fā)現(xiàn)有助于理解宿主感染過程中銅綠假單胞菌的行為，并為理解執(zhí)行EET的多種細(xì)菌中初級代謝與穿梭生理之間的交叉對話提供切入點(diǎn)。  

 

研究目的：  

探究銅綠假單胞菌PA14中呼吸代謝與吩嗪相關(guān)生理學(xué)之間的相互關(guān)系，特別是不同碳源條件下吩嗪生產(chǎn)對呼吸活性的影響，以及生物膜生長對吩嗪庫組成的影響。  

 

研究思路：  

通過比較野生型PA14和吩嗪缺失突變體在不同碳源條件下的呼吸活性、末端氧化酶基因表達(dá)、吩嗪產(chǎn)量和種類，以及生物膜內(nèi)的氧化還原電位，分析吩嗪生產(chǎn)與呼吸代謝的相互影響。  

 

測量數(shù)據(jù)及研究意義：  

1 使用表型微陣列板測量四唑紫染料還原情況，反映電子流向和呼吸活性（圖1B, 2B）。  

 

 

2 使用GFP報告菌株測量末端氧化酶基因表達(dá)，說明吩嗪如何影響電子傳遞鏈組成（圖3, 4）。  

 

 

3 使用HPLC分析吩嗪產(chǎn)量和種類，揭示碳源如何影響次級代謝（圖5B）。  

 

4 使用微電極測量生物膜內(nèi)的氧化還原電位，展示吩嗪在生物膜中的實(shí)際利用情況（圖6）。  

 

Unisense電極測量數(shù)據(jù)的研究意義：  

使用丹麥Unisense的微電極測量生物膜內(nèi)的氧化還原電位，能夠?qū)崟r、原位地顯示吩嗪在生物膜不同深度被還原的情況，從而反映胞外電子傳遞的實(shí)際效率。不同碳源下還原模式的差異說明碳源身份影響了吩嗪還原的機(jī)制和位置，例如在葡萄糖上還原發(fā)生在生物膜頂部好氧區(qū)，在α-KG上還原則是跨深度逐漸進(jìn)行。這些數(shù)據(jù)直接證明了吩嗪在生物膜環(huán)境中的功能異質(zhì)性，為理解細(xì)菌在不同生長條件下的能量代謝和 redox 平衡策略提供了關(guān)鍵證據(jù)。  

 

結(jié)論：  

1 吩嗪生產(chǎn)與呼吸代謝相互影響，吩嗪能夠抑制某些碳源下的染料還原，并影響末端氧化酶基因表達(dá)。  

2 碳源身份顯著影響吩嗪的生產(chǎn)和還原機(jī)制，不同碳源下吩嗪庫組成和還原模式不同。  

3 生物膜生長改變了吩嗪庫組成，促進(jìn)PCN生產(chǎn)而減少PYO生產(chǎn)。  

4 吩嗪還原機(jī)制依賴電子傳遞鏈組成和碳源身份，Cco末端氧化酶在吩嗪還原中起主要作用，但不同碳源下其他氧化酶也可能參與。  

5 吩嗪可能在氮限制條件下作為氮匯，平衡細(xì)胞內(nèi)碳氮比。