東京工業大學（現東京科學大學）生命理工學院生命理工學系的野野山翔太助教和增田真二教授的研究團隊發表研究成果稱，透過與該校科學技術創成研究院化學生命科學研究所的田中寬教授、九州大學研究生院醫學研究院的後藤恭宏助教（現工作於國立遺傳學研究所）、林哲也教授等人合作，成功發現細菌合成硫化氫（H₂S）的能力參與鐵（Fe）吸收活性的調節。研究團隊分析了具有合成過量硫化氫能力的大腸桿菌突變體，發現如果失去這種調節，細菌的抗生素抗藥性會降低。該成果預計能夠促進不產生抗藥性的抗生素的開發。相關研究成果已於9月26日發表在國際學術期刊《mBio》上。
圖 MstA合成硫化氫（H₂S）以及YgaV的轉錄調控機制及其生理接受性（Physiological acceptability）的模式（供圖：東京科學大學）
鐵是生命活動所必需的元素，細菌透過多種機制高效攝取鐵。由於哺乳動物的腸道相對缺鐵，腸道細菌與寄主生物處於競爭關係。例如，已知腸道細菌爲了高效吸收鐵，會合成並分泌一種與鐵結合的有機分子——鐵載體（siderophore）。哺乳動物透過抑制鐵載體的功能來防止致病菌的傳染。
另有研究報告稱，鐵透過與細菌内生成的一定量的硫化氫發生反應，參與了細菌的抗生素抗藥性和對寄主的傳染增殖。
此前，增田教授等人已經成功鑑定出進行光合作用的細菌的硫化氫響應轉錄因子「SqrR」。這種轉錄因子在不積極利用硫化氫的腸道細菌内也能保存下來，因此研究人員推測腸道細菌内的硫化氫參與了轉錄調控，但具體機制此前尚不清楚。
此次，研究團隊對腸道細菌的代表菌種——大腸桿菌的硫化氫合成功能進行了研究。製備了一種過量表達硫化氫合成酶「MstA」的大腸桿菌，並透過全面的轉錄因子分析研究了基因表現的變化。
結果顯示，與鐵載體形成相關的基因羣（FepA和CirA等）以及進行鐵載體吸收的蛋白質羣（EhuB/C和FeC/D/G等）的表達出現增加。
而在與SqrR同源性（Homolog）功能非常相似的蛋白質「YgaV」的大腸桿菌（通常厭氧）突變體中，即使過量表達MstA，也未發現此類轉錄的增加。
這些分析結果表明，YgaV可以檢測細胞中合成的硫化氫，並根據硫化氫的量激活鐵吸收相關基因的表達。
研究認爲，毒性較高的硫化氫是由半胱胺酸（氨基酸）透過MstA合成的，它的量受到嚴密控制。研究揭示了這樣一種機制：當細胞内硫化氫的濃度升高時，YgaV調控的從細胞外吸收鐵的相關基因表現隨之增加，而當鐵的量增加時，活性氧清除酶的活性提高，抗生素抗藥性提高。
目前已知YgaV透過控制厭氧呼吸相關基因的表達來抑制活性氧的生成，參與抗生素耐性和氧化還原（Redox）平衡的維持。透過抑制YgaV，或能夠防止抗生素抗藥性的產生。
鑑於許多細菌與大腸桿菌一樣具有以半胱胺酸爲受質合成硫化氫的酶，或者具有與YgaV相似的蛋白質，研究人員認爲，這些細菌很可能存在着相同的系統。
增田教授表示：「本次研究表明缺乏YgaV會降低抗生素抗藥性，我認爲未來的研究方向之一是開發這種轉錄因子的抑制性藥物。此外，YgaV作爲轉錄因子的功能是如何受到硫化氫的調控的，目前尚不完全清楚。希望在今後的研究中能夠揭示這一機制。」
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
期刊：mBio
論文：Increased intracellular H2S levels enhances iron uptake in Escherichia coli
DOI：10.1128/mbio.01991-24
