噬菌体裂解酶作用产生外膜囊泡对抗细菌感染

　　革兰氏阴性菌有两层膜，分别为内膜(IM)和外膜(OM)，其中分布有肽聚糖(PG)网络和质周间隙。OM的小突起可以挤压并成为细胞外囊泡，称为外膜囊泡(OMVs)。PG结构的改变可以阻止脂蛋白附着，减少IM和OM之间的交联。由于OM不稳定，间接增加了OMV的形成。外用重组裂解酶可以水解细胞膜的PG层并杀死细菌，因此裂解酶与细菌的相互作用可能使细胞膜不稳定，可能产生OMVs。本研究利用以裂解革兰氏阴性菌(革兰氏阴性菌，尤其是鲍曼不饱和鲍曼杆菌)的裂解酶LysP53来验证这一假设，并首次探索了裂解酶产生OMVs的可能性。

　　图1：裂解酶刺激鲍曼不动杆菌产生外膜囊泡并保护小鼠免受细菌感染示意图

　　结果正如预期的那样，鲍曼不动杆菌、大肠杆菌和沙门氏菌的细菌细胞都可以被LysP53刺激产生LOMVs(裂解酶生成OMVs)(图2)，证明了裂解酶产生OMVs的方法普遍性。通过观察鲍曼不动杆菌的细菌细胞，在用裂解酶处理前后，研究发现细菌细胞分泌的胞外囊泡明显增加，但细菌不会被裂解。质谱分析结果表明，LOMVs含有更多的细胞质蛋白。因此，裂解酶可以与细菌细胞相互作用，影响肽聚糖与外膜的交联，从而破坏细胞膜的稳定性，导致更多的细胞质蛋白被包裹在LOMVs中。

　　图2：天然生成(nOMVs)和LysP53生成(LOMVs)的外膜囊泡

　　与nOMVs相比，由裂解酶生成的LOMVs具有更好的均匀性，更高的蛋白产量，更低的内毒素含量和更低的细胞毒性。LOMVs中的内毒素含量低得多，可能是因为将鲍曼不动杆菌在生长过程中分泌的含有内毒素的培养液作为上清除去后才产生的LOMVs。这些特点使得裂解酶产生OMVs方法比目前的方法更好，特别是用于疫苗开发。

　　本研究发现，在肺炎和菌血症小鼠模型中，肌肉注射LOMVs或nOMVs三次均可对鲍曼不动杆菌感染提供良好的保护，而在肺炎模型中，鼻内免疫可提供良好的保护，但在菌血症模型中保护较弱。这些结果表明，LOMVs免疫可以提供与nOMVs相似的保护作用。然而，在单一免疫的情况下，在肺炎小鼠模型中，LOMVs表现出比nOMVs更好的保护作用。这种差异可能是由于它们含有不同的蛋白质。LOMVs含有的细胞质和细胞质膜蛋白数量明显高于nOMVs，但质周蛋白和细胞外蛋白数少于nOMVs。

　　总之，本研究介绍了一种利用鲍曼不动杆菌噬菌体裂解酶LysP53刺激细菌产生OMVs的方法。在小鼠模型中，LOMVs提供与自然产生的nOMVs相同或更好的保护。更重要的是，与nOMVs相比，LOMVs具有更好的均匀性、更高的蛋白产量、更低的内毒素含量和更低的细胞毒性，使该方法比目前生产nOMVs的方法更好，特别是用于疫苗开发方面。

　　Li, C., Xue, H., Du, X., Nyaruaba, R., Yang, H., & Wei, H. (2024). Outer membrane vesicles generated by an exogenous bacteriophage lysin and protection against Acinetobacter baumannii infection. Journal of nanobiotechnology, 22(1), 273. https://doi.org/10.1186/s12951-024-02553-x