组长：米凯霞　博士、项目研究员

　


研究组研究方向

结核分枝杆菌等重要病原微生物耐药机制

研究组研究内容及意义

抗生素的广泛使用以及滥用、导致抗生素耐药危机，即目前许多应用的抗生素失去效用。分枝杆菌引起多种人类疾病如结核、麻风病、布鲁利溃疡，严重威胁人类的生命健康。分枝杆菌的耐药是世界性的公共卫生难题，研究分枝杆菌对药物协迫的响应，阐明耐药性形成的机制，将为发掘新的药物靶标，为开发准确的分子诊断技术和研发高效的抗结核药物提供理论基础。
课题组主要以分枝杆菌等病原微生物为研究对象，主要研究内容：
（1）分枝杆菌等重要病原菌耐药机制；
（2）分枝杆菌等重要病原菌氧化还原调控分子机制；
（3）分枝杆菌潜伏感染和复活发生机制的研究。



研究组长

　　研究组长：米凯霞
　　电话：
　　电子邮件：mik#im.ac.cn（请将#换为@）
　　通讯地址：北京市朝阳区北辰西路1号院微生物所
　　邮政编码：100101



主要学习及工作经历

　　1999-2003年 中国科学院微生物研究所 博士
　　2003-2004年 美国UT Health Science Center, San Antonio博士后
　　2004-2009年 美国Albert Einstein College of Medicine研究助理
　　2009-2017年 中国科学院病原微生物与免疫学重点实验室青年课题组组长
　　2017-至今中国科学院病原微生物与免疫学重点实验室课题组组长



研究团队


　　

　工作人员
　　胡新玲 硕士 助理研究员 (2009-)
　　周心童 博士 助理研究员 (2018-)
　　殷 彤 本科 实验员 (2017-)

　在读研究生
　　刘 迪 硕士生 (2017-)
　　白雪扬 硕士生 (2018-)
　　庄增芳 直博生 (2019-)
　　陈柯宇 硕士生 (2019-)

　客座人员
　　裴佳宾 本科生 (北京农学院，2019-)
　　蒋 政 硕士生 (华中农业大学，2019-)

　已毕业学生
　　吴寒宇 硕士生 (吉林大学客座研究生，2009-2012)
　　韩 娇 硕士生 (四川农业大学客座研究生，2009-2012)
　　肖 璟 硕士生 (2010-2013)
　　李晓静 硕士生 (2011-2014)
　　黄鹂歌 硕士生 (安徽大学-中国科学院微生物研究所联合培养，2011-2014)
　　李晶晶 硕士生 (安徽大学-中国科学院微生物研究所联合培养，2012-2015)
　　张冰洁 硕士生 (河北联合大学客座研究生，2013-2016)
　　陈 榕 硕士生 (2014-2017)
　　杨 健 硕士生 (安徽大学-中国科学院微生物研究所联合培养，2014-2017)
　　张玉娇 硕士生 (2015-2018)
　　管玉周 硕士生 (安徽大学-中国科学院微生物研究所联合培养，2015-2018)
　　周怡璇 硕士生 (2016-2019)

　已离开工作人员
　　陶 均 博士 助理研究员 (2010-2014)
　 李晓静 硕士 助理研究员 (2014-2018)



代表性论文

　　Li X, Zhang Y, Zhou X, Hu X, Zhou Y, Liu D, Maxwell A, Mi K. The plasmid-borne quinolone resistance protein QnrB, a novel DnaA-binding protein, increases the bacterial mutation rate by triggering DNA replication stress. Mol Microbiol. 2019, 111(6):1529-1543.
　　Zhang Q, Liu H, Liu X, Jiang D, Zhang B, Tian H, Yang C, Guddat LW, Yang H, Mi K, Rao Z. Discovery of the first macrolide antibiotic binding protein in Mycobacterium tuberculosis: a new antibiotic resistance drug target. Protein Cell. 2018, 9:971-975.
　　Li T, Zhao Q, Yang X, Chen C, Yang K, Wu C, Zhang T, Duan Y, Xue X, Mi K, Ji X, Wang Z, Yang H. Structural insight into the Zika virus capsid encapsulating the viral genome. Cell Res. 2018, 28(4):497-499.
　　Zhang Y, Hu X, Li X, Deng H, Mi K. Mechanisms of MSMEG_3312-mediated collective antibiotic tolerance to erythromycin in mycobacteria revealed by quantitative proteomic analysis. Acta Microbiologica Sinica, 2018, 58(9):1-18.
　　Glass LN, Swapna G, Chavadi SS, Tufariello JM, Mi K, Drumm JE, Lam TT, Zhu G, Zhan C, Vilcheze C, et al. Mycobacterium tuberculosis universal stress protein Rv2623 interacts with the putative ATP binding cassette (ABC) transporter Rv1747 to regulate mycobacterial growth. PLoS Pathog. 2017, 13:e**.
　　Jia Q, Hu X, Shi D, Zhang Y, Sun M, Wang J, Mi K, Zhu G. Universal stress protein Rv2624c alters abundance of arginine and enhances intracellular survival by ATP binding in mycobacteria. Sci Rep. 2016, 6:35462.
　　Hu X, Li X, Huang L, Chan J, Chen Y, Deng H, Mi K. Quantitative proteomics reveals novel insights into isoniazid susceptibility in mycobacteria mediated by a universal stress protein. J Proteome Res. 2015, 14:1445-1454.
　　Zhang Y, Mandava CS, Cao W, Li X, Zhang D, Li N, Zhang Y, Zhang X, Qin Y, Mi K, Lei J, Sanyal S, Gao N. HflX is a ribosome-splitting factor rescuing stalled ribosomes under stress conditions. Nat Struct Mol Biol. 2015, 22(11):906-13.
　　Gu L, Chen Y, Wang Q, Li X, Mi K, Deng H. Functional Characterization of Sirtuin-like Protein in Mycobacterium smegmatis. J Proteome Res. 2015, 14(11):4441-9.
　　Li X, Wu J, Han J, Hu Y, Mi K. Distinct Responses of Mycobacterium smegmatis to Exposure to Low and High Levels of Hydrogen Peroxide. PLoS One. 2015, 10(7):e**.
　　Li X, Tao J, Hu X, Chan J, Xiao J, Mi K. A bacterial hemerythrin-like protein MsmHr inhibits the SigF-dependent hydrogen peroxide response in mycobacteria. Front Microbiol. 2014, 5:800.
　　Li X, Tao J, Han J, Hu X, Chen Y, Deng H, Zhang G, Hu X, Mi K. The gain of hydrogen peroxide resistance benefits growth fitness in mycobacteria under stress. Protein Cell. 2014, 5:182-185.
　　Li X, Liu F, Hu Y, Mi K. Draft Genome Sequence of mc²51, a Highly Hydrogen Peroxide-Resistant Mycobacterium smegmatis Mutant Strain. Genome Announc. 2014, 2.
　　Tao J, Han J, Wu H, Hu X, Deng J, Fleming J, Maxwell A, Bi L, Mi K. Mycobacterium fluoroquinolone resistance protein B, a novel small GTPase, is involved in the regulation of DNA gyrase and drug resistance. Nucleic Acids Res. 2013, 41:2370-2381.



研究中代表性图片

　　1 喹诺酮抗性蛋白介导的细菌耐药形成机制研究

　　喹诺酮类抗生素是完全人工合成的抗生素，具有广谱高效的杀菌活性，是临床上治疗细菌性感染的重要药物。长期以来，人们认为天然界不存在喹诺酮抗性基因，喹诺酮类药物的抗性是由药物靶基因（编码DNA旋转酶和DNA拓扑异构酶IV）的突变和/或细胞壁透性的变化引起的。1988年，发现喹诺酮抗性蛋白（Quinolone resistant protein, Qnr）介导喹诺酮耐药性和促进抗药性突变体的产生。但是，喹诺酮抗性蛋白如何促进细菌产生喹诺酮抗性的机制尚不清楚。课题组通过全基因组测序、转录组、生物信息学分析及生化分析等多种途径发现QnrB通过与DNA复制起始因子DnaA的直接相互作用，增加DnaA对单链oriC的亲和力，促进DnaA-oriC开放复合物的形成产生，诱导DNA复制应激，增加细菌突变率，导致突变产生，包括喹诺酮抗性的突变 (Molecular Microbiology, 2019)。


图1 QnrB通过提高复制起点附近的基因丰度产生DNA复制应激，增加细菌突变率，导致突变产生，包括喹诺酮抗性的突变

　　2 分枝杆菌耐喹诺酮类药物的分子机制

　　结核病是由结核分枝杆菌引起的人类慢性传染性疾病，是导致人类死亡最多的传染病之一。并且全球约有1/4人口为结核分枝杆菌感染者。我国是全世界22个结核病高负担国家之一，感染人数超过4亿，每年新发传染性病人150万，约有13****死于结核病。新近的统计数据显示大于10%的病例至少对一种药物有抗性，1%病例为多耐药菌感染，在某些地方已经分离出目前尚无药可治的结核分枝杆菌耐药菌株。因此研究结核分枝杆菌抗药机制对结核病的防治非常重要。
　　氟喹诺酮类药物具有半衰期长、杀菌活性强、可与其他抗结核药联合使用等特点，成为缩短疗程的候选药物，同时还有杀伤持留菌的功效，其通过抑制DNA促旋酶活性来抑制细菌生长。尽管如此，临床大量应用也导致很多耐药菌的形成。一般认为细菌氟喹诺酮抗性的获得与促旋酶的突变相关，但临床上这两者的相关性较低。最近研究发现结核分枝杆菌五肽重复蛋白MfpA可以模拟DNA结构，能直接与促旋酶互作从而阻断氟喹诺酮的结合。MfpA突变可以降低结核分枝杆菌氟喹诺酮抗性；这表明MfpA可保护DNA旋转酶免受氟喹诺酮的影响。但在体外的无细胞体系中MfpA并不能保护氟喹诺酮对DNA促旋酶活性的影响。这说明在结核分枝杆菌中可能存在其他因素影响MfpA的功能。课题组通过基因敲除、遗传互补、过表达以及生物化学等分析鉴定了一个影响MfpA功能的蛋白MfpB。MfpB作为一个小GTP酶，以GTP结合的形式与MfpA直接互作。MfpB通过抑制MfpA的活性来调控DNA促旋酶的活性和保护促旋酶免受氟喹诺酮的影响。该研究解释了MfpA体内和体外实验结果差异性的原因并首次表明了小GTP酶在结核分枝杆菌氟喹诺酮抗性调控中非常重要的功能，为进一步了解氟喹诺酮抗性形成的机制和开发新的氟喹诺酮药物和药物靶标提供了理论基础 (Nucleic Acids Res, 2013）。


图2. MfpB对氟喹诺酮抗性调控依赖于其GTP酶活性

图3. MfpA和MfpB 互作调控DNA促旋酶的活性