Amino acid substitutions in ribosomal protein RpsU enable switching between high fitness and multiple-stress resistance in Listeria monocytogenes
核糖体蛋白RpsU氨基酸替换可实现单核细胞增生李斯特菌高适应性与多重抗逆性状转换
来源：International Journal of Food Microbiology, Volume 351, Article ID 109269, 2021, doi:10.1016/j.ijfoodmicro.2021.109269
《国际食品微生物学杂志》，2021年，第351卷，文章编号109269，doi:10.1016/j.ijfoodmicro.2021.109269
摘要
本研究以多重抗逆李斯特菌变异株15（RpsU第17位Arg突变为Pro）为研究对象，通过连续传代进化选育出15EV1、15EV2两个回复突变株，全基因组测序显示二者在rpsU同一密码子分别发生Pro→His、Pro→Thr替换。蛋白组结果表明，原始变异株SigB调控基因大量上调，进化株蛋白谱回归野生型特征；定点构建多种突变株验证，RpsU17位不同氨基酸替换可在不同菌株中实现菌体生长适应性、耐热耐酸抗性双向切换，Arg-Pro突变致低生长高抗逆，His/Thr替换恢复野生型高生长、胁迫敏感表型。
关键词
单核细胞增生李斯特菌；RpsU核糖体蛋白；氨基酸突变；SigB；抗逆性；生长适应性；实验进化；食品致病菌
研究目的
明确rpsU单点氨基酸替换调控李斯特菌生长适合度与多重胁迫抗性双向转换的分子规律，验证该突变在不同菌株中的通用性，解析核糖体蛋白突变关联SigB应激调控的内在作用。
研究思路
1. 对高抗逆变异株15进行连续传代定向进化，筛选适应性提升子代菌株。
2. 全基因组测序比对野生株、原始变异株、进化株突变位点，锁定rpsU第17位突变。
3. 蛋白组分析各组菌体蛋白表达差异，聚焦SigB应激调控子表达变化。
4. 在LO28、EGDe两种菌株中定点构建三类RpsU突变株，测定生长速率、耐热耐酸存活能力。
5. 结合生长参数与胁迫存活数据，证实氨基酸替换介导性状切换规律。
研究亮点
1. 首次证实RpsU蛋白第17位单点氨基酸替换是李斯特菌适应性与多重抗逆相互转换的开关。
2. Pro突变诱导SigB全调控组高表达，带来高抗逆低生长特征，His/Thr替换可恢复野生生理表型。
3. 该突变效应在LO28、EGDe两株不同李斯特菌中保守，规律具备菌株普适性。
4. 从核糖体突变角度解释食品环境中李斯特菌种群异质性与耐药抗逆变异产生机制。
可延伸的方向
1. 探究RpsU突变影响SigB应激小体的分子互作机制。
2. 筛选靶向RpsU的抑菌物质，抑制食品源李斯特菌抗逆变异生成。
3. 追踪食品加工环境中rpsU自然突变菌株检出率与流行特征。
4. 研究不同食品胁迫条件下该突变的自发突变概率。
5. 解析核糖体结构变化如何逐级调控下游应激通路。
测量的数据及研究意义
1 各菌株最大比生长速率数据（图1、图6），量化不同RpsU突变对菌体生长适合度的影响，明确Pro突变降生长、His/Thr突变恢复生长的规律。
2 热、酸胁迫活菌存活数据（图5、图7），直观体现氨基酸替换带来抗逆能力升降变化，验证表型转换表型。
3 蛋白组差异火山图数据（图3），证实原始变异株Sig通路显著上调，进化株表达谱趋近野生型。
4 全基因组SNP突变位点数据（表2、图4），精准锁定rpsU单一突变位点，排除其他基因干扰。
结论
1 李斯特菌RpsU第17位Arg-Pro突变上调SigB调控网络，造成菌株生长下降、耐热耐酸多重抗性显著提升。
2 该位点Pro突变为His或Thr后，SigB表达回落，菌体恢复野生型生长能力、胁迫敏感性回升。
3 RpsU介导的性状转换规律在LO28、EGDe菌株中通用，是李斯特种群分化关键遗传机制。
4 rpsU自发突变是食品环境李斯特菌产生抗逆亚群的重要诱因，影响食品灭菌管控效果。
使用芬兰 Bioscreen仪器测量数据的研究意义
采用Bioscreen全自动检测仪连续测定OD值，动态记录各组菌株全周期生长曲线，精准计算最大生长速率，标准化培养条件消除人为误差，高通量批量对比多突变株生长差异，量化RpsU不同氨基酸替换对菌体适合度的影响，为判定性状转换表型提供客观定量数据。