信号素分子（p）ppGpp 对胸膜肺炎放线杆菌生理适应机制的影响

猪传染性胸膜肺炎是由猪胸膜肺炎放线杆菌（Actinobacillus pleuropneumoniae，APP）引起猪的一种高度接触传染性、致死性的呼吸系统传染病。1957年，Pattison 等首次在英国发现该病。1990 年，中国农业科学院哈尔滨兽医研究所杨旭夫等首次在我国报道该病，此后在许多省市陆续发现该病，给养猪业造成严重的经济损失。

50 年前，Cashel 在氨基酸缺失的培养基中培养大肠杆菌时首次发现了信号素分子（p）ppGpp（鸟苷五磷酸），随着研究的深入，越来越多的证据表明（p）ppGpp 的积累所诱导的严谨效应（Stringent response，SR）是细菌应对环境或营养胁迫的多种策略之一。菌体内（p）ppGpp 水平的变化可导致一系列重要生命过程的改变，如DNA 复制受阻、rRNA 合成抑制及降解、基因的差异表达以及代谢酶的激活或抑制。已有报道，支链氨基酸（BCAA）在猪肺上皮细胞中的含量仅占血浆中浓度的10%～17%，那么猪肺中BCAA 浓度的降低是否可以诱导APP 合成（p）ppGpp 进而触发其严谨效应呢？目前来自APP和其他Pasteurellaceae 科病原体的数据相对较少。

近日，中国农业科学院哈尔滨兽医研究所的研究人员在《Journal of Bacteriology》上发表了“Basal Level Effects of (p)ppGpp in the Absence of Branched Chain Amino Acids in Actinobacillus pleuropneumoniae”的研究论文。该研究试图确定BCAA 缺失是否可以诱导APP 产生（p）ppGpp，以及（p）ppGpp 缺失后对其表型和生理适应性的影响。

研究人员通过构建APP relA、spoT 双基因缺失株[（p）ppGpp0]]，并选取CDM（Chemically defined media）模拟3 种BCAA 单独缺失的条件，首先对其体外合成（p）ppGpp 的能力进行了测定，结果表明双基因缺失株无法合成（p）ppGpp，进而证明单个BCAA的缺失无法作为环境信号诱导野生型APP（WT）迅速合成大量（p）ppGpp 启动严谨效应。通过比较WT和（p）ppGpp0 菌株的生长曲线、存活能力、菌体形态，证明（p）ppGpp 的缺失降低了APP 生长和存活能力，且菌体在缬氨酸缺失下呈丝状表型。通过大蜡螟攻毒试验证明（p）ppGpp 能够影响APP 的毒力。转录组的数据结果进一步表明（p）ppGpp 可以抑制APP 体内嘌呤的生物合成并激活抗氧化途径，而菌体内GTP 的含量与内源性过氧化氢含量呈正相关趋势，进而间接影响菌体的存活能力，且不管环境中BCAA 是否缺失，APP 均组成型表达与BCAA 合成相关的基因，而且所有调控结果均由基础含量的（p）ppGpp 实现，不需要诱导合成大量的（p）ppGpp，这与模型生物大肠杆菌的调控机制截然不同。

尽管人们已经对模式生物（枯草芽孢杆菌和大肠杆菌）中（p）ppGpp 调节基因表达的机制有一定的了解，但对生活在不同环境中的其它物种体内（p）ppGpp 参与的调节过程仍然了解很少。来源于猪肺脏的APP 体内（p）ppGpp 所介导的调节与模式生物显示出一定差异，这一方面提示（p）ppGpp 功能的多样性，同时也要谨慎将来将源于模式生物的结论推广应用于其他兽医类病原体如来源于Pasteurellaceae 科病原体。