炭疽桿菌自行合成之NO有助其毒性與存活於巨噬細胞內

論文：Bacillus anthracis-derived nitric oxide is essential for pathogen virulence and survival in macrophages  Shatalin, K. et al., Proc Natl Acad Sci U S A 105 (3), 1009 (2008).

報告者：呂凱筠              時間：15:00~16:00, Apr. 16, 2008

講評老師：何漣漪教授               地點：Room 601

摘要：

        炭疽桿菌的孢子會造成人類、牲畜的致死性感染，孢子在入侵宿主後，可在細胞內轉化為菌體型態，並增生，擴大感染範圍。而炭疽桿菌是透過什麼樣的機轉逃避宿主免疫的毒殺，並複製增生，至今仍未完全明瞭。作者與其研究團隊，在先前於枯草桿菌的研究中指出，枯草桿菌本身有bNOS（一氧化氮合成脢），可合成NO，藉由活化catalase與抑制Fenton reaction來增加其對氧化壓力的抗性（圖1）。

作者由此推測，相似的機轉在炭疽桿菌內可能與其致病性有關，便著手以下研究。首先比較wild type與bNOS突變對氧化壓力的抵抗性，發現bNOS突變株無法存活於10mM的H₂O₂環境，分解H₂O₂的能力也變差；且以外加方式給予突變株NO與H₂O₂的實驗中發現，唯有先與NO作用，才能抵抗高濃度的H₂O₂，且其他氮源（如硝酸或亞硝酸鹽）皆無法提供保護。另外在小鼠與巨噬細胞感染的實驗也證實，bNOS突變株相較於wild type，在小鼠感染的LD50差了1000倍，突變株在巨噬細胞內的存活力也明顯下降。另外，以螢光顯微鏡與NO代謝分析中也發現，炭疽桿菌在細胞感染的早期會釋放NO，且從QPCR的分析也看出早期釋放的NO可保護細菌的chromosome。

根據以上的研究發現，作者歸納了炭疽桿菌在早期感染時的氧化壓力抵抗系統（圖2）。孢子感染宿主後，bNOS會在短時間內合成NO，藉由活化catalase去分解H₂O₂，同時抑制thioredoxin reductase，中斷Fenton reaction，使得感染初期的宿主細胞無法透過ROS來毒殺孢子。然而後續孢子轉變為一般桿狀菌體後，如何抵抗宿主後續的免疫反應，就是另一個故事了。

在很多革蘭氏陽性的細菌中，都有bNOS的存在，本篇所提出之透過bNOS的氧化壓力抵抗系統，或許在也存在於其他有bNOS的細菌中。

(Fig1)

(Fig.2)

參考資料：

1.      Mock, M. and Fouet, A., Anthrax. Annu Rev Microbiol 55, 647 (2001).

2.      Gusarov, I. and Nudler, E., NO-mediated cytoprotection: instant adaptation to oxidative stress in bacteria. Proc Natl Acad Sci U S A 102 (39), 13855 (2005).