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摘译：周凯鑫
审校：武晓捷
耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）是引发院内感染的主要病原体之一，且近年来社区及畜牧业相关MRSA日益增多，已成为全球性公共卫生问题。MRSA通过mecA基因编码青霉素结合蛋白PBP2a从而对β-内酰胺类抗生素耐药，mecA基因一般位于可移动遗传元件SCC（Staphylococcal cassette chromosome）上，可在葡萄球菌属中水平转移，进而导致耐药性的传播。SCCmec大小从20-60 kb不等，小型的SCCmec及SCCmec片段可通过转导或接合的方式在菌株之间转移，但完整的SCC转移机制还不明确，且未发现mecA基因存在于携带SCC的可接合质粒上，因此细胞间SCCmecA转移的具体机制未明。
最新研究发现除转导和接合这些常见的基因水平转移方式，MRSA还能在生物膜生长的条件下进行自然转化（transformation）介导DNA转移，该研究近日发表于《自然·通讯》期刊。
研究人员发现MRSA通过comG操纵子（编码促进DNA进入通道的假菌毛）和comE操纵子（编码DNA内化通道）的转录，调控自然转化相关基因，将细菌转变为可进行DNA转化的自然感受态（natural competence）。而comG操纵子的表达与双组分调节系统（TCS）密切相关：研究人员构建了15种不同TCS的敲除株（TCS3–TCS17），通过检测各敲除株中PcomG-gfp的表达量，发现△12菌株表达量升高了约2.5倍，△13菌株下降了约4倍，而△17菌株完全不表达（图1），结果表明TCS12、TCS13与comG的表达相关，且TCS17与comG表达密切相关。
图1 TCS12、TCS13及TCS17与comG的表达相关
MRSA通过形成生物膜抵抗来自宿主免疫系统或抗菌药物的攻击，研究人员发现在产生生物膜条件下，细菌细胞之间的接触增加，对于自然转化相关comG编码的假菌毛的需求下降，因此菌株自然转化效率上升，但这种现象存在菌株个体差异。
进一步研究表明临床菌株中SCCmec元件可在生物膜中通过自然转化机制，转移到MSSA菌株，其转化效率和遗传稳定性与SCCmec类型和受体菌株相关。为了确定SCCmec在自然转化中是否由CcrAB（盒染色体重组酶）介导，研究人员发现敲除了SCCmecII元件中ccrAB基因后的菌株丧失转移SCCmecII元件的能力，证明ccrAB基因介导SCCmec位点特异性切除/整合；此外研究人员还在受体菌的attB序列中引入突变点位，该突变体不产生SCCmec转化子，这些证据表明，SCCmec在金葡菌的自然转化过程中依赖ccrAB–attB。
图2 SCCmec在自然转化中依赖ccrAB–attB
点评
本研究揭示了金黄色葡萄球菌在生物膜内可通过自然转化传递耐药性，系统建立了检测金黄色葡萄球菌自然转换过程的实验方案，为金黄色葡萄球菌耐药机制的研究开拓了新思路，也为如何干预阻碍细菌耐药性的传播提供了理论依据。
原文链接：
Maree M, Thi Nguyen LT, Ohniwa RL, Higashide M, Msadek T, Morikawa K. Natural transformation allows transfer of SCCmec-mediated methicillin resistance in Staphylococcus aureus biofilms. Nat Commun. 2022;13(1):2477.
