科学家发现调节细菌感染的小RNA

免疫系统较弱的人经常面临感染的风险。铜绿假单胞菌是一种常见的环境细菌，可以定殖在不同的身体部位，例如肺部，导致持续性慢性感染，这种感染可能会持续一生——这在囊性纤维化患者中很常见。

但细菌有时会改变它们的行为并进入血液，导致慢性局部感染变得急性并可能致命。尽管对实验室环境中的转变进行了数十年的研究，但这种转变如何以及为何发生在人类身上仍然未知。

然而，佐治亚理工学院的研究人员已经确定了慢性和急性铜绿假单胞菌感染之间转变的主要机制。生物科学学院教授Marvin Whiteley和分子与细胞生物学教授 Bennie H. and Nelson D. Abell 和Whiteley 实验室的博士后研究员Pengbo Cao发现了一个驱动开关的基因。通过测量人体组织样本中的细菌基因表达，研究人员确定了这种转变的生物标志物。

他们的研究结果发表在《自然》杂志上，可以为威胁生命的急性感染的未来治疗方法的发展提供信息。

根据 Whiteley 和 Cao 的说法，细菌和动物一样，是多才多艺的，并且会根据环境的不同表现出不同的行为。患有慢性感染的人有一天可能会好起来，但体内环境的变化会导致细菌改变它们的行为。这可能导致急性感染，并且一个人可能会患上需要立即治疗的败血症。

“多年来，人们一直在控制良好的实验室环境中研究这些细菌，尽管实验室是大多数微生物从未见过的地方，”Whiteley 说。“我们的研究采用了一种新颖的方法来直接研究细菌在人类宿主中的行为。”

研究人员选择查看慢性细菌性肺部和伤口感染的人体组织样本。使用基因测序技术，Whiteley 和 Cao 测量了细菌中存在的所有类型 mRNA 的水平。mRNA 编码在细胞中完成所有工作的蛋白质，因此通过测量细菌的 mRNA 水平，可以推断细菌的行为。

虽然铜绿假单胞菌大约有 6,000 个基因，但 Whiteley 和 Cao 发现特别是一个基因——称为 PA1414——在人体组织样本中的表达比所有其他数千个基因的总和还要高。其水平如此之高，起初 Cao 和 Whiteley 认为 PA1414 mRNA 的数量可能是人为因素——与测序方法相关的故障。

“这个特殊的基因在标准实验室环境中表达不多，所以看到这些水平是惊人的，”曹说。“而在这一点上，该基因的功能是未知的。”

研究人员还发现，低氧会驱动该基因的高表达。这是细菌感染的一个常见环境特征，因为细菌在慢性感染过程中经常会缺氧。进一步的测试表明，该基因还在低氧条件下调节细菌呼吸。

有趣的是，研究人员发现，该基因编码的不是蛋白质，而是一种在细菌呼吸中起着至关重要作用的小 RNA。他们将小 RNA 命名为 SicX(慢性感染 X 的 sRNA 诱导剂)。

研究人员随后在不同的动物感染模型中测试了该基因的功能。他们观察到，当 SicX 不存在时，细菌很容易从慢性感染传播到全身，导致全身感染。通过比较，研究人员可以确定该基因对于促进慢性局部感染很重要。此外，研究人员还表明，在从慢性感染转变为急性感染的过程中，SicX 的表达立即下降，这表明 SicX 可能作为慢性向急性转换的生物标志物。

“换句话说，如果没有小 RNA，细菌就会变得焦躁不安并开始寻找氧气，因为它们需要呼吸，就像我们需要呼吸一样，”Whiteley 说。“这种需要导致细菌进入血液。现在，我们知道氧气水平正在调节这种转变。”

更好地指示感染何时可能进入血液将是治疗模式的转变。

“如果你能预测何时会发生急性感染，患者就可以在家中进行诊断测试，以确定他们是否以及何时可能需要接受治疗——在感染变得危及生命之前，”Whiteley 说。

该研究为长期存在的问题提供了答案，即慢性感染如何以及为何会变成急性感染。研究人员的发现也为开发针对与铜绿假单胞菌感染相关的特定分子行为的疗法提供了机会。

“慢性假单胞菌感染通常对一线抗生素具有高度耐药性，”曹说。“通过靶向这种小 RNA，我们有可能改变细菌的生活方式，使其更容易受到抗生素治疗的影响，并更好地清除这些危险的感染。”