病原菌在抗生素或其他胁迫下常常采用休眠策略以过渡极端环境，这一类休眠的亚分类菌被成为持留菌（persister）。例如结核杆菌持留菌在病变组织内可形成硬结灶或结核结节，在机体抵抗力低下时可再次发生继发性肺结核。近年来，关于持留菌形成的具体机制和应对策略已成为微生物研究领域的热点。
在2016年，北京大学白凡课题组在Molecular Cell撰文报道持留菌在休眠过程中仍可以通过菌体内外排系统拮抗抗生素处理。而在抗生素治疗中同时附加细菌外排抑制剂可以有效减少持留菌【1】。
2018年11月21日，白凡课题组继续在Molecular Cell发表题为ATP-Dependent Dynamic Protein Aggregation Regulates Bacterial Dormancy Depth Critical for Antibiotic Tolerance 的研究论文。该研究发现，持留菌在休眠中受ATP丰度调控可以形成蛋白聚集体（Protein Aggregation），其可作为持留菌休眠的深度的指标（dormancy depth）。该聚集体的解聚同样参与了细菌解除休眠的过程。研究人员进一步发现DnaK-ClpB可促进蛋白聚集体的解聚，对其干预可减少持留菌从休眠中复苏，从而减弱细菌的耐药性。
研究人员首先发现同种大肠杆菌E.coil在应对抗生素处理后可有休眠深度（dormancy depth）的差异，其主要表现为持留菌复苏时间不同。而该休眠深度与细菌内蛋白聚集体形成具有相关性。研究人员利用明场显微镜观察到E.coil内可有暗焦点（dark foci）形成，经验证为蛋白的聚集体。通过质谱鉴定和通路分析，发现早期的聚集体内主要有核糖体蛋白及氧化代谢相关蛋白，而在晚期的聚集体内含有大量DNA复制和修复蛋白。
研究人员使用氯霉素感染细菌蛋白合成后，可以减少蛋白聚集体形成，同时也减少了细菌进入休眠状态。通过检测细菌休眠后菌体内pH值和ATP水平，研究人员发现随休眠深度增加，菌体pH值逐渐下降，ATP也呈现下降趋势。更为重要的是，通过人为干预降低菌体内ATP水平可减少聚集体形成，而降低pH值无此效应。
既往研究中发现，DnaK和ClpB参与了E.coil蛋白聚集体的解聚【2, 3】，DnaK可结合到聚集体上，并募集解聚酶ClpB参与该过程。研究人员通过荧光定位可观察DnaK和ClpB定位于聚集体中。为继续验证机制，研究人员构建了ΔdnaK和ΔclpB突变株。在休眠过程中，ΔdnaK和ΔclpB突变株可形成更多的持留菌进入休眠，但能完成解聚完成复苏的持留菌数量明显减少。研究人员继续构建了DnaK ATP酶活性缺失的突变株（T199A和R261C），此两株细菌在休眠中无法看到DnaK聚集于蛋白聚集体中，且细菌复苏能力也明显下降。这些证据证实，DnaK-ClpB参与了细菌从休眠到复苏中聚集体的解聚过程，该过程依赖于DnaK 的ATP水解活性，而干预这一过程可降低持留菌的复苏。
该研究帮助我们进一步理解了持留菌在休眠和复苏过程中蛋白质状态的变化，证实蛋白聚集体形成和解聚是持留菌休眠和复苏的关键因素。DnaK-ClpB参与蛋白聚集体的解聚，通过干预复苏过程中蛋白聚集体的解聚可减少持留菌的复苏比例。这为细菌耐药性研究和治疗顽固性病灶中持留菌提供了新的治疗思路。
参考文献
1. Pu Y, Zhao Z, Li Y, Zou J, Ma Q, Zhao Y, et al. Enhanced Efflux Activity Facilitates Drug Tolerance in Dormant Bacterial Cells. Molecular cell 2016；62(2):284-94.
2. Rosenzweig R, Moradi S, Zarrine-Afsar A, Glover JR, Kay LE. Unraveling the mechanism of protein disaggregation through a ClpB-DnaK interaction. Science 2013；339(6123):1080-3.
3. Seyffer F, Kummer E, Oguchi Y, Winkler J, Kumar M, Zahn R, et al. Hsp70 proteins bind Hsp100 regulatory M domains to activate AAA+ disaggregase at aggregate surfaces. Nature structural & molecular biology 2012；19(12):1347-55.
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