肺炎链球菌中Tn2009和Tn2010所编码的mefA大环内酯类外排蛋白的基因组与分子动力学分析

《Molecular Genetics and Genomics》：Genomic and molecular dynamics analysis of mefA-encoded macrolide efflux protein from Tn2009 and Tn2010 in Streptococcus pneumoniae

　　

摘要

肺炎链球菌的抗生素耐药性仍然是一个重大的临床难题，尤其是对于红霉素这类大环内酯类抗生素而言。这种耐药性通常与携带mefA基因的转座子Tn2009和Tn2010有关，该基因编码一种大环内酯类抗生素外排蛋白。本研究通过整合基因组分析和分子动力学模拟，探讨了印度尼西亚临床分离株中mefA的遗传特性，并阐明了其外排机制。全基因组测序证实了临床分离株中存在Tn2009和Tn2010。多序列比对显示mefA具有高度保守性（同源性为98–100%），表明该基因在物种内部具有很强的进化稳定性。研究人员构建了mefA编码外排蛋白的同源模型，并用于分子对接分析，结果发现红霉素能够稳定地结合在外排通道中，且存在多种合适的结合姿态。分子动力学模拟（200纳秒）显示该蛋白结构稳定，平均根均方偏差为0.174纳米。根均方波动分析发现Asn195–Ser199序列段存在局部灵活性，这表明该区域可能存在参与构象动态的功能性细胞内环结构。尽管存在稳定的相互作用，但在平衡状态下红霉素仍被限制在局部通道区域内，不会自发转移。引导式分子动力学模拟表明，配体转运需要外部力量来克服553.07千焦/摩尔/纳米的初始能量障碍，随后通过多个短暂结合位点逐步移动，这一过程符合多站点接力机制。伞形采样分析进一步揭示出自由能景观较为复杂，在通道出口附近平均力势的最大值约为45千卡/摩尔。通过WHAM方法在约30个窗口上重建的PMF曲线显示出良好的收敛性，存在多个中间极小值，说明反应坐标得到了稳定采样。总体而言，这些研究结果为了解mefA介导的肺炎链球菌对红霉素的耐药性提供了结构和能量层面的见解。这些结果支持这样一种机制：即通过稳定的底物结合、局部的构象灵活性以及较高的能量障碍，需要主动转运才能实现，同时也为开发外排抑制策略提供了潜在靶点。