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摘译：王雨葭
审校：徐 溯
本文的作者收集了临床上51,229株结核分枝杆菌的测序数据。通过选择压力分析,即结核分枝杆菌中的基因的非同义突变与同义突变的比率（dN/dS），来识别处于正选择压力下的基因。通常地，病原微生物在临床上会通过累计突变来应对抗生素的胁迫。这会导致基因中非同义突变的累积。因此可以通过计算基因的dN/dS比率（>1）来识别在病原微生物在临床环境中进化所发挥重要作用的基因（图1）。
该分析识别的正选择的基因不仅涵盖已知耐药基因，同时也发现了新的受选择基因，其中resR基因的正选择信号排在前列。resR被预测编码转录调控因子，但功能未知。研究人员在实验室构建resR突变结核菌株，开展了一系列药物表型测试，发现resR突变不导致经典的抗生素耐药性 (Antibiotic Resistance，药物压力下持续生长) 或者抗生素耐受性 (Antibiotic Tolerance，药物压力下死亡较慢)。令人惊讶的是，resR突变能让结核菌在药物处理之后快速恢复生长，相较野生型菌株加快了20%~50% （图2）。研究人员把这种快速恢复生长的表型定义为“抗生素回弹性” (Antibiotic Resilience)，并把该基因命名为resR (Resilience Regulator)。
图2: 不同抗生素条件下resR突变株和野生株的恢复生长能力比较
研究进一步发现，resR作为转录调控因子，能够结合到whiB2基因间区并调控whiB2转录。有趣的是，whiB2基因间区也在临床菌株中受到正选择，并且受选择的位点正好是resR的结合区域（图1）。这说明自然选择同时作用于转录调控因子及其结合位点。WhiB2调控分枝杆菌细胞分裂，WhiB2和另外一个转录调控因子WhiA存在互作关系。研究发现whiA也在结核菌临床菌株中受到正选择（图1）。whiB2突变株与resR突变株有相似的表型。上述发现表明，结核菌存在调控药物处理后恢复生长的机制，而通过积累以上基因突变 (回弹性突变) 能够帮助结核菌快速恢复生长。
在一项将近2000例结核病人的临床研究中，回弹性突变株在治疗失败（结核病复发）病人中显著富集：22.2%治疗失败的结核病人积累了抗生素回弹性突变！该结果说明抗生素回弹性参与导致结核病的治疗失败。此外，研究还发现携带回弹性突变的菌株更容易积累抗生素耐药性，提示回弹性突变在耐药演化中可起垫脚石的作用，促进结核菌积累抗生素耐药性（图3）。值得注意的是，结核病高负担国家高达10%的结核菌已经积累了抗生素回弹性突变。
图3 药物敏感株（DS）,耐药株（DR）和多重耐药株（MDR）中resR基因及其调控基因whiB2和whiA的dN/dS比率。
✦ + 点评
本研究通过大规模基因组分析揭示了结核分枝杆菌在抗生素压力下进化出的一种新的耐药策略（抗生素回弹性）。这一现象由resR基因调控。研究指出，抗生素回弹性与临床治疗失败紧密相关，表明了在结核病治疗中考虑病原体对抗生素的时间反应动态的重要性。抗生素回弹性的发现为开发新的抗结核治疗方法提供了新靶点，也为临床治疗和抗生素抗性研究开辟了新路径。
https://www.science.org/doi/epdf/10.1126/science.abq2787
