导读：革兰氏阳性细菌是如何利用生物膜基质成分以及调节器产生的信号传导途径尚不明确，Pel多糖是铜绿假单胞菌生物膜形成所必须的，该聚合物广泛存在与革兰氏阴性细菌。但是在革兰氏阳性细菌中却了解甚少。这里将调查革兰氏阳性细菌中的Pel生物合成基因。

  Pel多糖首次在铜绿假单胞菌中被鉴定，其生物合成与pelABCDEFG操纵子有关。通过外膜脂蛋白PelC作为查询序列，找到pel操纵子pelDEAFG，结果如下图所示。 菌中的pelA只具备有脱乙酰酶结构域，无糖苷水解酶结构域。

  图1 代表性的革兰氏阳性Pel操纵子结构

  引人注目的是，所有其他延伸长度的PelD蛋白，包括在链球菌，梭菌和放线菌中鉴定到的蛋白，也都在氨基末端包含了一个预测的差向异构酶结构域。除了在PelD结构域上的这些差异外，本文发现革兰氏阳性菌的类Pel由一些保守的基因组成，主要为pelDEADAFG，我们在这些操纵子周围发现了很多富护照基因。第一类与铜绿假单胞菌中的糖苷水解酶类似，第二类为CotH类的激酶，是一种多磷酸聚合酶。

  接下来，为了确定这些操纵子是否作用于生物膜的形成，选择ATCC 10987作为研究对象。发现，含有Pel的能形成生物膜，将pelDEAFG中的任意一个敲除，都会引起其生物膜形成量的显著减少。野生株的细胞被大量的基质组分包围并嵌入其中，而突变株则几乎无可见的细胞外物质。这些结果表明，该操纵子对于生物膜的形成是必须的，并且能够产生胞外聚合物。

  发现pelDEADAFG产生的胞外物质与铜绿假单胞菌的组成相似，并且通过DAPI染色其核酸，发现Pel与eDNA几乎在一起，pelDEADAFG产生的主要是碳水化合物，且其末端含有GalNAc部分，其化学成分类似于PA的Pel多糖。

  图3 ATCC 10987中的pel操纵子参与了Pel样细胞外物质的产生

  除了核心的操纵子结构，还有两个转录辅助基因，BCE_5582和BCE_5588, 我们将BCE_5582称为PelAHBC,为了研究其功能，对其进行缺失，发现其生物膜形成能力显著增强，表明它在生物膜形成中其调节作用，发现PelAHBC以浓度依赖的形式影响生物膜的形成，加入量越多，其生物膜形成量越少。

  图4 PelAHBC是一种预测的糖苷水解酶，并且能破坏生物膜的形成

  C-di-GMP的形成受到了DGC和PDE的调控，它们的活性影响着细胞的C-di-GMP浓度，它们分别包含GGDEF和EAL或者HD-GYP结构域。通过对90个BC的序列进行查找，发现仅能鉴定出13个基因，称为cdgA-M。CdgC，CdgJ和CdgL包含简并的序列基序，因此不太可能具有酶促活性，而CdgG和CdgM分布在ATCC 10987分析的基因组中含量少，亲在ATCC10987中不存在。因此，ATCC10987中的C-di-GMP调控网络可能由剩下的8个基因完成。而cdgE和cdgF在苏云金芽孢杆菌中表现出显性性状，影响着生物膜的形成。并且具有2个结构域。因此，我们继续研究这两个基因的功能。发现cdgF的突变体其生物膜形成能力显著下降，而cdgE的突变体其生物膜形成能力显著上升，并且存在剂量依赖性。并且对其进行点印记杂交确定其分泌物，结果如图C所示，发现cdgE的缺失，会引起胞外分泌物的增加，主要是Pel。而cgdF则表现出相反的结果。cdgE和cdgF相互调控中胞外多糖的产生，介导生物膜的形成。

  图5 生物膜的形成受到了cdgF和cdgE的调控

  参考文献：Kaleta, M.F., Petrova, O.E., Zampaloni, C. et al. A previously uncharacterized gene, PA2146, contributes to biofilm formation and drug tolerance across the ɣ-Proteobacteria. npj Biofilms Microbiomes 8, 54 (2022). https://doi.org/10.1038/s41522-022-00314-y