法国艾克斯-马赛大学Sebban-Kreuzer团队阐明细菌生物膜形成新机制

铜绿假单胞菌是一种机会性人类病原体，其形成生物膜的能力是导致慢性感染和抗生素治疗失败的关键因素，尤其在囊性纤维化患者中构成严重威胁。生物膜基质的主要成分藻酸盐，其生物合成的精细调控网络仍未完全阐明。

该领域研究存在三大核心局限。首先，细菌细胞质内存在大量注释为假定硫氧还蛋白的基因，其具体生理功能大多未知。其次，这些非典型硫氧还蛋白是否以及如何响应特定环境信号并被调控，机制不清。最后，这些蛋白在关键毒力表型如生物膜形成中的具体作用，仍有待探索。

2026年1月6日，法国艾克斯-马赛大学Sebban-Kreuzer团队在国际期刊Redox Biology上发表了题为Atypical thioredoxin Patrx2 enhances alginate production in mucoid Pseudomonas aeruginosa的研究论文。

研究者鉴定并深入表征了铜绿假单胞菌中一个拥有CGHC活性位点的非典型硫氧还蛋白Patrx2。体外实验证实该蛋白具有独特的二硫键异构酶活性，其氧化还原电位为负170毫伏，与真核生物蛋白二硫键异构酶相似。遗传筛选显示patrx2基因的表达受sigma因子AlgU直接调控。在临床常见的mucA22突变黏液型菌株中，敲除patrx2或其催化位点突变体C34S均导致藻酸盐产量下降约三分之二。这项工作首次揭示了一种兼具硫氧还蛋白折叠与二硫键异构酶活性的胞质蛋白，通过氧化还原调控直接影响细菌藻酸盐生物合成，为干预铜绿假单胞菌的生物膜耐药性提供了新的潜在靶点。

正 文

为解析Patrx2的功能与调控，研究首先构建了一个规模为三万六千个克隆的转座子突变库。该库以携带patrx2启动子与lacZ报告基因融合的菌株为背景，通过在含有X-gal的平板上筛选蓝色加深的菌落来鉴定导致patrx2过表达的突变。通过半随机PCR鉴定插入位点，成功从四十九个过表达克隆中定位了三个关键调控位点。这些位点分别涉及抗sigma因子mucA，双组分系统传感器激酶kinB以及血红素加氧酶bphO的编码基因，均指向AlgU信号通路。进一步的生物信息学分析在patrx2起始密码子上游33个碱基处识别出一个潜在的AlgU结合基序，p值为3.64乘以十的负五次方。

在分子机制层面，研究通过核磁共振波谱与生化实验全面解析了Patrx2的非典型特性。其活性位点为CGHC序列，与经典硫氧还蛋白的CGPC不同，却与真核生物蛋白二硫键异构酶的催化中心一致。胰岛素还原实验显示，Patrx2的还原酶活性仅为经典硫氧还蛋白Trx1的二十六分之一，比活性仅为0.13每毫克每分钟。然而，在 scrambled RNaseA重折叠实验中，Patrx2展现出强大的二硫键异构酶活性，孵育两小时后可使82%的RNaseA正确重折叠。核磁滴定测定其氧化还原电位为负170.4毫伏，显著高于经典硫氧还蛋白的负270毫伏，而与蛋白二硫键异构酶的负160毫伏接近。溶液结构显示Patrx2具有典型的硫氧还蛋白折叠，但其活性口袋附近静电表面分布与Trx1显著不同，且包含一个蛋白二硫键异构酶特征的精氨酸残基。这些数据综合表明Patrx2是一种具有蛋白二硫键异构酶样催化特性的独特胞质氧化还原酶。

在功能验证层面，研究构建了黏液型菌株背景下的patrx2缺失突变体，回补菌株以及催化位点突变体C34S。通过咔唑法测定培养上清中糖醛酸含量发现，野生型PAK菌株产量低于每OD600单位10微克，而mucA22突变株产量超过150微克。在mucA22背景下敲除patrx2使产量下降至约50微克，降幅达三分之二。染色体或质粒回补野生型patrx2可完全恢复产量，而回补催化失活的Patrx2 C34S突变体则无法回补，尽管其蛋白表达水平相当。傅里叶变换红外光谱对固体生物膜的分析得出一致结论，patrx2缺失株或C34S突变体的生物膜中藻酸盐特征光谱贡献低于百分之十，而回补野生型基因的菌株则超过百分之四十。这些结果确证了Patrx2的催化活性对于铜绿假单胞菌藻酸盐的高效合成至关重要。

Patrx2 的结构与理化特性

总 结

本研究的创新性在于首次在细菌胞质内发现并系统表征了一个拥有真核蛋白二硫键异构酶特征活性位点与氧化还原电位的硫氧还蛋白。研究建立了从环境信号到AlgU，再到Patrx2表达，最终影响藻酸盐生物合成的清晰调控轴线，揭示了氧化还原平衡在细菌胞外基质合成中的新型调控层。

然而，Patrx2促进藻酸盐合成的具体分子靶标仍未阐明。藻酸盐合成途径中的多个胞质酶含有半胱氨酸残基，它们可能是Patrx2介导的硫醇二硫键交换或异构化的底物。未来的研究需要利用生化互作筛选或蛋白质组学手段鉴定Patrx2的直接作用靶点。在转化层面，针对Patrx2独特活性位点设计小分子抑制剂，有望在不影响细菌基本氧化还原稳态的前提下，特异性地干扰其生物膜形成，为开发新型抗生物膜疗法提供思路。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.redox.2026.104010