微氧条件下铜绿假单胞菌Dnr调控的反硝化作用

微氧条件下铜绿假单胞菌Dnr调控的反硝化作用

期刊：MicrobiologySpectrum（ASM权威微生物期刊），2025年9月发表

背景

肺囊性纤维化（CPF或CF），是一种具有家族常染色体隐性遗传性的先天性疾病。本研究对象是囊性纤维化（CF）肺病主要致病菌-铜绿假单胞菌（PA）。核心调控蛋白有两个：感知低氧的Anr、管控反硝化反应的Dnr。实验分两种氧气环境：日常空气21%氧气（常氧）、模拟肺部缺氧1%氧气（微氧）。研究出发点:1）CF病人肺部缺氧、痰液里有硝酸盐，病菌会启动反硝化反应，以往大家只知道无氧环境下反硝化能给细菌供能；2）没人搞清楚三点：微氧/有氧时反硝化对细菌有啥用；普通LB培养液自带硝酸盐会不会干扰实验；临床常见lasR基因突变菌株为何更容易存活；反硝化哪种中间产物有毒、靠什么解毒。

 

实验材料

培养液：LB天然带微量硝酸盐，TB不含硝酸盐，ASMi复刻患者痰液环境；

菌种：野生型病菌、Anr/Dnr/LasR单/双基因敲除菌株、临床致病突变株；

检测工具：Cerillo检测设备（CerilloAlto酶标仪、配套Labrador分析软件），用来测细菌浓度OD600，全程记录生长曲线；低氧培养箱控制氧气浓度，分光光度计测硝酸盐、亚硝酸盐残留量。

 

核心实验结论

A) 低氧时Anr缺失会让细菌长不好，根源是培养液里的硝酸盐激活了Dnr通路；去掉硝酸盐，细菌生长缺陷明显缓解。

B) 普通野生菌只有微氧环境才消耗硝酸盐；临床高频lasR突变株，不管常氧、微氧都会分解硝酸盐，极度依赖Dnr存活。

C) 重点新发现：硝酸盐不会让细菌长得更多，反硝化根本不是用来供能；分解硝酸盐产生的一氧化氮（NO）对细菌有毒，Dnr负责启动NorCB酶清除NO，缺Dnr就会毒素堆积、抑制生长。

D) 模拟痰液ASMi实验验证：肺部微氧环境下，没有Dnr的病菌生长大幅变差，说明Dnr是病菌在人体肺部存活的关键。

分工总结：Anr是低氧总开关，负责启动Dnr；Dnr专门应对硝酸盐产生的NO毒素，只在有硝酸盐时起效。

 

研究价值及不足

实用价值

1）推翻旧认知：有氧/微氧环境下，反硝化主打解毒，不给细菌供能；

2）实验室提醒：LB自带硝酸盐会干扰低氧相关实验，做同类研究建议用不含硝酸盐的TB培养液；

3）临床方向：Dnr、NorCB可以作为新药靶点，用来治疗CF肺部感染；含硝酸盐的雾化药剂、敷料可能加重病菌感染。

不足

本次仅做静态分批培养，人体气道硝酸盐持续流动及存在氧气等物质梯度，结果可能有差异；不同病人痰液氧含量、硝酸盐浓度不同，病菌表现也会有区别。

 

编者语：

Ø Cerillo产品（赛朗道代理）在本研究中的作用

核心检测载体：Alto(已更名为RayoS600)微生物生长曲线仪，自动读取600nm吸光度，定量细菌生物量，精准对比不同突变株生长快慢；

数据自动化处理：配套Labrador软件自动采集、整合生长曲线数据，减少人工读数误差；

控温适配：匹配37℃细菌培养需求，保证常氧、微氧两组培养数据平行可靠；

高通量批量检测：适配96孔板微量培养，一次性完成多菌株、多硝酸盐浓度平行试验，大幅提升实验效率。

 

Ø Air3Gel气道模型（赛朗道代理）可提升仿生效果
葡萄牙Bac3Gel公司自研的新型基质材料，首创融合三维结构+氧气、营养、物理特性梯度，可培养复杂微生物群落，实现传统技术难以培养、依赖黏膜微环境生存的细菌正常增殖。精准复刻黏膜专属 pH 值、营养组分、氧气梯度及物质扩散规律。支持多种微生物共培养，还原微生物间竞争、共生等天然动态关系（传统培养基无法实现）。Air3Gel气道模型为气道黏液层 3D 体外模型，还原气道黏液化学组成、营养、粘弹性，可模拟人体菌群共生状态，可提升本研究或其它类似研究的仿生效果。

 

参考文献：

Pseudomonas aeruginosa Dnr-regulated denitrification in microoxic conditions, Stacie Stuut Balsam,etc., Microbiology Spectrum, September 2025 Volume 13 Issue 9