1月11日，中國科學院上海免疫與感染研究所研究員晁彥杰團隊在《美國國家科學院院刊》（PNAS）上，發表了題為An RNase III-processed sRNA coordinates sialic acid metabolism of Salmonella enterica during gut colonization的研究論文。該研究揭示了腸道沙門氏菌如何通過非編碼小RNA在轉錄后水平協調N-乙酰神經氨酸代謝過程中不同氨基糖操縱子轉錄產物的機制。
唾液酸是一類以九碳糖神經氨酸為基本結構的衍生物。生命體中常見的唾液酸為N-乙酰神經氨酸，富集于哺乳動物上皮細胞表面。它是較多病毒入侵的受體，也是腸道病原菌如鼠傷寒沙門氏菌的重要碳源。細菌在代謝利用N-乙酰神經氨酸的過程中，產生如N-乙酰葡萄糖胺、N-乙酰甘露糖胺等氨基糖類衍生物，進而作為單糖單元參與合成細胞壁或莢膜多糖等生命大分子。為代謝利用多種不同類型的氨基糖衍生物，細菌進化出多種對應的操縱子，分別編碼特定的糖質轉運蛋白和酶來進行代謝。目前，腸道病原菌如何在唾液酸代謝過程中協同這些不同氨基糖類代謝系統，以更好地適應腸道環境、建立感染的協調機制尚不清楚。
該研究通過比較基因組學的方法，在致病性腸道沙門氏菌中發現了獨特的基因島。這一基因島含五個功能未知的蛋白和一個潛在的非編碼小RNA。研究通過AlphaFold結構預測，結合基因敲除、基因表達檢測、轉錄活性檢測、生長曲線測定等手段發現，該基因島主要負責代謝N-乙酰神經氨酸代謝的第一步產物且是其合成的前體——N-乙酰甘露糖胺，證明這是被N-乙酰甘露糖胺激活轉錄表達的多基因操縱子。進而，研究分析該操縱子結構發現其mRNA 3’UTR經剪切加工產生一個長約80 nt的新型非編碼小RNA，并命名為ManS。研究解析了核酸酶RNase III通過識別3’UTR雙鏈結構中的“泡”狀結構，對RNA單鏈進行非經典的不完全切割而生成小RNA的全新生成機制。這一機制或是較為特殊的RNA剪切加工方式。
進一步，該研究探討這一小RNA的生物學功能發現，ManS可以通過頭尾兩個富含胞嘧啶和尿嘧啶的種子區域，與不同的、主要參與細菌碳源和氨基酸代謝的編碼基因mRNA上的核糖體識別區域結合，從而阻擾翻譯的開始以抑制其表達。ManS可以通過調整自身的表達量、產生不同大小的加工產物，在不同碳源環境下對其靶基因進行選擇性調控，從而協調細菌在N-乙酰神經氨酸代謝過程中產生的不同代謝產物所激活的通路，協助腸道沙門氏菌在宿主體內更好地定植以建立感染。
上述研究發現了新的原核細菌mRNA衍生為非編碼RNA的加工方式，闡明了細菌如何在轉錄后水平協調不同代謝通路的產物的生成機制，發現了N-乙酰神經氨酸的合成前體物質——N-乙酰甘露糖胺在腸道病原菌定植與感染過程中的重要作用。
研究工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中國科學院戰略性先導科技專項（B類）等的支持。該工作由上海免疫與感染所和復旦大學合作完成。
論文鏈接
腸道沙門氏菌非編碼小RNA ManS協同N-乙酰神經氨酸代謝過程中不同氨基糖代謝通路示意圖
本文鏈接：研究揭示腸道菌小RNA通過調控唾液酸代謝促進定植的新機制http://m.lensthegame.com/show-12-629-0.html
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