摘要

无机多磷酸盐 (polyP) 是正磷酸盐残基的线性聚合物。据报道，它存在于所有生命形式中。实验研究表明，polyP 在细菌持久性和毒力方面起着重要作用。在这里，我们从理论上研究了 polyP 与细菌耐久性和毒力的关系。细菌生活方式、环境持久性、毒力因子 (VF) 和物种进化都包含在分析中。通过 HMMER 在 944 个细菌参考蛋白质组中验证了参与 polyP 代谢的 7 个基因（ppk1、ppk2、pap、surE、gppA、ppnK 和 ppgK）和 2595 个核心 VF 的存在。蛋白质组大小和 VF 在 polyP 途径的获得和损失方面进行了比较。招募了文献挖掘和系统发育分析来支持这项研究。我们的分析表明，polyP 代谢的存在与细菌蛋白质组的大小和毒力基因的数量呈正相关。建议了 polyP 在细菌生活方式和环境耐久性中的潜在关系。进化分析表明，polyP 基因沿系统发育树随机丢失。总之，基于我们的理论分析，我们证实具有 polyP 代谢的细菌与高环境耐久性和更多 VF 相关。

结论和未来展望

坐等假说预测，外部存活时间较长的病原菌倾向于向更高的毒力进化（Walther 和 Ewald，2004 年；Wang 等人，2017 年）。因此，耐久性和毒力表型的相关性应该反映在基因组水平上。长期以来，polyP 一直被认为是细菌中一种广泛的能量储存机制，有助于细菌在散列条件下的持久性（Brown 和 Kornberg，2008 年；Rao 等人，2009 年；Chuang 等人，2013 年；Moreno 和 Docampo，2013 年；Nikel等人al.，2013 年；阿尔比和塞拉诺，2016 年）。在这项研究中，我们彻底搜索了 944 个细菌属中 polyP 代谢相关酶的分布。根据我们的研究，获得关键的 polyP 代谢酶 PPK1 和 PPK2 与更多的 VF 显着相关。该结论将细菌持久性与毒力联系起来，并为坐等假说提供了初步支持。此外，具有 polyP 代谢途径的细菌与相对较大的蛋白质组大小相关，这反映了它们复杂的生命周期，而没有 polyP 代谢途径的细菌则仅是宿主相关生物。该结果与之前的一项研究非常吻合，该研究检查了细菌中糖原代谢酶的分布（Henrissat 等，2002），并表明能量储存机制的获得或损失可能是宿主 – 细菌关系的潜在指标。对 214 个 Full_Path 和 14 个 No_Path 细菌的细菌生活方式的文献挖掘证实了具有 polyP 途径的细菌可能具有更持久的生活方式的观察结果，而系统发育研究表明 polyP 代谢在细菌属中广泛存在（图 4）。然而，就 polyP 酶的酶损失而言，没有发现进化相关性。

尽管多项研究已经表明，polyP 缺乏会减少细菌生物膜的形成（Rashid 等人，2000b）、存活率（Rao 等人，2009 年）和抗逆性（Kim 等人，2002 年），但没有关于polyP 酶的失活如何影响细菌毒力的进化。病原体在宿主-环境-宿主循环中的连续传代，例如具有 PPK1 和/或 PPK2 缺失的铜绿假单胞菌，将通过与经历相同循环的野生型菌株进行比较来揭示毒力如何演变。传代的野生型和突变病原体的基因组测序也将揭示在连续传代过程中丢失的基因类型。这些实验如果与本研究中的理论分析相匹配，将是分子水平上研究持久性在毒力进化中的作用的可靠证据。