单核细胞增生李斯特菌的碳氮源利用

  单核细胞增生李斯特菌(Listeria monocytoegnes)，人类细胞内兼性病原体。本文简单介绍了它在自然环境中生存和复制所必需的生理背景，特别是在宿主细胞的胞质中，这似乎是复制的首选细胞室。通过比较基因组学、转录组学和蛋白质组学的分析，我们可以了解单核增生李斯特菌的碳氮代谢是如何促进其高效生长的。

  在脑心浸出(BHI)培养基中常规培养单核增生李斯特菌。氨基酸和脂酸盐的复杂混合物，作为必需的附加底物在以葡萄糖为碳源、谷氨酰胺为氮源的液体培养中，对氨基酸半胱氨酸、蛋氨酸、异亮氨酸和亮氨酸(或缬氨酸)以及维生素、生物素、核黄素、硫胺素和脂酸盐有严格的要求。添加精氨酸可以刺激生长。基因组序列显示了支链氨基酸中所有酶的完整基因，提示单核增生李斯特菌在细胞外条件下的复杂代谢。在单核增生李斯特菌中发现了两种不同的寡肽转运体，并发现含有甘氨酸和脯氨酸的特定多肽能刺激生长。单核增生李斯特菌需要外部的脂酸供应，因为它具有脂酸连接酶来连接脂酸和脱氢酶，从而促进其细胞内生长。

  葡萄糖、果糖、甘露糖和纤维二糖是单核增生李斯特菌在特定液体培养基中的首选碳源，并通过磷酸转移酶系统(phosphotransferase system，PTS)吸收。单核增生李斯特菌基因组中含有大量编码PTS的基因，然而，在许多细菌中编码PTS依赖的葡萄糖转运的基因，如枯草芽孢杆菌，在单核增生李斯特菌中是不完整的，这表明单核增生李斯特菌中的葡萄糖转运并非完全由PTS介导。在BHI等复杂培养基中生长时，葡萄糖首先通过糖酵解途径分解。在含葡萄糖的最低培养基或宿主细胞的细胞质中，戊糖磷酸途径(PPP)基因被诱导，这表明葡萄糖需要氧化脱羧。单核增生李斯特菌不能与酪氨酸一起生长，这表明氨基酸分解代谢途径可能不会发生，因此氨基酸可能不能作为唯一的碳源。然而，它可以在磷酸化的己糖上生长。基因编码的基本运输磷酸化己糖如hpt被确认在单核增生李斯特菌 PrfA(the central virulence regulator of L. monocytogenes)的控制下。当单核增生李斯特菌在哺乳动物宿主细胞的胞质中复制时，hpt高度上调，这表明磷酸化的六糖是哺乳动物细胞中的主要碳源。

  谷氨酰胺(Gln)是单核增生李斯特菌的最佳氮源，但在缺乏Gln的情况下，单增李氏菌可以利用其他氮源，如铵、精氨酸，甚至乙醇胺。这些氮来源可能变得很重要，特别是当单核增生李斯特菌在游离Gln供应有限的哺乳动物宿主细胞中复制时。在单核增生李斯特菌基因组中发现了氮代谢调控因子，提示了氮控制模式。例如，单核增生李斯特菌中nrgAB操纵子在所有条件下均上调，导致glnAR和gltAB (GS和抑制子的操纵子)上调。在细胞质复制的单核增生李斯特菌中也观察到这些基因的上调，这表明铵而不是谷氨酰胺可能是哺乳动物宿主细胞中主要的氮源。依赖于维生素b12的乙醇胺-氨裂解酶编码的乙醇胺水解成氨和乙醛。在单核增生李斯特菌中也发现了一个具有高度同源性的相似基因簇，这表明乙醇胺在基础培养基中可以作为唯一的氮源支持单核增生李斯特菌的生长。

  单核增生李斯特菌的生长特征暗示了这种病原体通过对宿主的代谢干扰来优化细胞内复制的基本要求。因此，对于单核增生李斯特菌的细胞外生长或实验室培养，应根据一定的碳或氮源的需要使用复杂或最基础的培养基。

  Reference:Slaghuis, J., Joseph, B., Goebel, W. (2007). Metabolism and Physiology of Listeria monocytogenes. In: Goldfine, H., Shen, H. (eds) Listeria monocytogenes: Pathogenesis and Host Response. Springer, Boston, MA. https://doi.org/10.1007/978-0-387-49376-3_4