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研究作者与机构
该研究由Wei H. Lee、Emily M. Zygiel、Celis H. Lee、Amanda G. Oglesby和Elizabeth M. Nolan共同完成，分别来自麻省理工学院化学系、马里兰大学药学院和医学院。研究于2025年3月28日发表在期刊《mBio》上。
学术背景
本研究聚焦于两种重要的临床病原菌——铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）和金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）的共培养动态。这两种细菌在多种感染中共同存在，如囊性纤维化患者的慢性肺部感染、糖尿病足溃疡和手术伤口感染。研究背景基于人类钙卫蛋白（calprotectin, CP）在宿主防御中的作用。CP是一种宿主防御蛋白，通过螯合多种营养金属离子（如Mn(II)、Fe(II)和Zn(II)）来参与营养免疫（nutritional immunity）。然而，CP在共培养条件下对这两种病原菌相互作用的影响尚未完全阐明。本研究旨在探讨金属可用性和CP处理对铜绿假单胞菌和金黄色葡萄球菌共培养动态的影响，特别是CP是否通过其金属螯合功能影响这两种细菌的相互作用。
研究流程
研究分为多个步骤，详细流程如下：
实验设计与菌株选择
研究采用铜绿假单胞菌菌株UCBPP-PA14（PA14）和金黄色葡萄球菌菌株USA300 JE2（JE2）进行共培养实验。PA14是一种临床烧伤分离株，具有高度宿主毒力；JE2是一种社区相关的耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）菌株，广泛用于实验室研究。
培养基与金属条件
实验使用化学定义培养基（chemically defined medium, CDM），该培养基可通过调整金属成分（如Mn、Fe、Zn）来模拟不同的金属可用性条件。研究在金属充足、Mn缺乏、Fe缺乏、Zn缺乏以及多种金属缺乏的条件下进行共培养实验，并加入20 µM的CP或其变体进行处理。
共培养实验与细胞活力检测
共培养实验以1:2的比例接种铜绿假单胞菌和金黄色葡萄球菌，并在37°C、250 rpm条件下进行有氧培养。通过定期取样并在选择性培养基上接种，计算两种细菌的菌落形成单位（CFU）以监测其生长动态。
基因表达分析
通过实时定量PCR（qPCR）检测共培养条件下铜绿假单胞菌和金黄色葡萄球菌的基因表达水平，重点关注与铁饥饿反应相关的基因，如铜绿假单胞菌的pvdS、feoB、prrF和hasR，以及金黄色葡萄球菌的sirA、sbnC、isdC和cntA。
代谢物分析
使用高效液相色谱（HPLC）分析共培养上清液中的代谢物，包括铜绿假单胞菌产生的铁载体（如pyoverdine, Pvd和pyochelin, Pch）和吩嗪类化合物（如pyocyanin, Pyo和phenazine-1-carboxylate, PCA）。
CP变体与金属化CP实验
研究还使用了CP的变体（如δhis3asp、δhis4和δδ）以及金属化的CP（如Zn(II)-bound CP）进行共培养实验，以探讨CP的金属螯合功能是否是其保护金黄色葡萄球菌的关键因素。
数据分析
所有实验数据均通过统计学方法进行分析，使用标准误差（SE）和显著性检验（如p值）评估结果的可靠性。
主要结果
研究的主要结果如下：
CP诱导铁饥饿反应
CP处理显著上调了铜绿假单胞菌和金黄色葡萄球菌中铁饥饿相关基因的表达，表明CP在共培养条件下诱导了铁饥饿反应。
CP影响铁载体和吩嗪类化合物的产生
CP处理增加了铜绿假单胞菌产生的铁载体（如Pvd）水平，同时减少了吩嗪类化合物（如Pyo和PCA）的产生。这些变化与铁饥饿反应的增强一致。
CP促进金黄色葡萄球菌的存活
尽管铁缺乏加速了铜绿假单胞菌对金黄色葡萄球菌的杀伤，但CP处理显著提高了金黄色葡萄球菌在共培养中的存活率。这一保护作用与CP的金属螯合功能无关，因为CP变体和金属化CP同样表现出保护效果。
CP对细胞膜的影响
CP处理上调了铜绿假单胞菌和金黄色葡萄球菌中与细胞膜重塑相关的基因表达，表明CP可能通过影响细胞膜完整性来调节两种细菌的相互作用。
结论
本研究表明，CP在铜绿假单胞菌和金黄色葡萄球菌共培养中通过金属非依赖性的机制促进金黄色葡萄球菌的存活。这一发现挑战了传统观点，即CP主要通过金属螯合功能参与宿主防御。研究揭示了CP在病原菌相互作用中的复杂角色，为其在感染性疾病中的潜在应用提供了新的见解。
研究的意义与价值
该研究不仅深化了对CP功能的理解，还为开发针对多微生物感染的新型治疗策略提供了理论基础。此外，研究揭示了金属可用性和宿主免疫蛋白在病原菌相互作用中的重要性，为未来的研究开辟了新的方向。
研究的亮点
1. 发现了CP在金属非依赖性条件下对金黄色葡萄球菌的保护作用，突破了传统营养免疫的框架。 2. 通过CP变体和金属化CP实验，明确了CP的金属螯合功能并非其保护作用的关键。 3. 揭示了CP对细胞膜完整性的影响，为理解其在宿主-病原体相互作用中的多重功能提供了新视角。
其他有价值的内容
研究还探讨了CP在不同培养基和菌株组合中的效果，验证了其保护作用的普遍性。此外，研究提出了CP可能通过调节细胞外DNA（eDNA）释放和摄取来影响病原菌相互作用的假说，为未来的研究提供了新的思路。
以上报告详细介绍了该研究的背景、流程、结果和意义，旨在为其他研究者提供全面的参考。