生与死是生命相依相克的首要事件，一切生命体皆是如此。近百年来，对生的认知已经获得良好积累，但对死的了解因研究手段受限而十分匮乏。细胞死亡的进程，犹如“薛定谔的猫”，仍是难以观测的暗匣，其研究需要独辟蹊径。

我院赵西林教授课题组经过多年探索攻关，巧妙逆向思维，通过研究细菌细胞如何抵抗死亡来反推死亡发生的分子机理，从而突破死亡研究的一些技术瓶颈。该团队在先前研究中，选择消毒剂苯酚作为压力应激源，富集大肠杆菌抗死耐受突变体，筛选到一种耐受消毒剂苯酚杀伤力的突变体（PNAS，2022）。该抗死耐受突变体在编码碳水化合物磷酸转移系统（PTS）的ptsI基因中存在遗传缺陷，通过干扰PTS-cAMP-Crp转录调控途径，将碳通量从三羧酸循环 (TCA)重新向糖酵解和磷酸戊糖途径(PPP)转移；这种代谢重编程导致呼吸作用和ATP合成的降低，减少了消毒剂或其它杀菌药物诱发的活性氧(ROS)积累，从而表现出对多种消毒剂和抗菌药物的广谱泛耐受性。该发现首次揭示出：（1）细菌细胞存在普适共享死亡通路，（2）PTS缺陷通过抑制cAMP-CRP调节通路，赋予细菌对多种类型消毒剂和抗生素的广泛抗死耐受性，（3）cAMP可充当死亡信号分子，（4）代谢编程调控生死。

为进一步探索PTS-cAMP-Crp级联死亡调控通路以外是否还存在其它抗死耐受调控网络，赵西林教授团队以∆ptsI突变株作为起始菌株，以消毒剂苯酚作为应激源，进一步富集筛选获得了一种新的超级泛耐受突变体pheS F158C，该突变降低了苯丙氨酰-tRNA合成酶 (PheRS) 的功能，导致对底物识别能力下降，大量去氨酰化tRNA积累并占据核糖体A位点，从而激活relA基因表达和ppGpp合成，ppGpp与DksA协同作用于RNA聚合酶，激活dsrA和iraP启动子的转录，进而增强RpoS的稳定性和翻译。随后，RpoS刺激下游抗氧化基因 (katE、katG、oxyR、sodA、ahpC) 和压力应激蛋白B的表达，显著抑制了多种消毒剂对细菌的致死效应，从而使细菌在多种消毒剂压力存在时获得更强的生存能力。这些结果证实，ppGpp能作为抗死响应信号分子帮助细菌应对不同类型的消毒剂致死压力。本研究不仅开辟了消毒剂泛耐受的新研究领域，还为参悟生死、阐明细菌死亡及其抵抗死亡的生物学本质开启了破冰之旅。

该研究成果近日以“Broad- spectrum tolerance to disinfectant-mediated bacterial killing due to mutation of the PheS aminoacyl tRNA synthetase”为题在线发表于PNAS。我院博士生陈渺渺、硕士生崔润博、博士后洪守强和朱伟伟为该论文共同第一作者。我院赵西林教授、厦门大学附属中山医院牛建军教授，苏州大学洪宇植教授为该论文共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金、中国博士后科学基金等项目支持。

论文链接：https://doi.org/10.1073/pnas.2412871122