結核病每年導致全球約150萬人死亡，是威脅人類健康的重大傳染病。耐藥是導致結核病治療失敗的主要危險因素。常見臨床病原菌的耐藥性主要通過基因水平轉移、基因組重排及基因組突變形成。目前，臨床上觀察到的耐藥結核均由基因組突變導致，提示結核菌基因組突變形成能力是影響其耐藥性產生的主要因素。基因組復製錯誤是突變產生的主要機理。
復製校正功能（proofreading）是更正DNA聚合酶產生的堿基錯配的關鍵機製，能夠將突變頻率降低100-1000倍。在細菌中已經發現了兩種復製校正機製，分別通過DNA聚合酶III的PHP結構域和復製酶的DnaQ亞基執行。前期研究發現PHP結構域在結核菌中執行復製校正功能，同時結核菌也編碼了一個非經典DnaQ基因。
近日，MK体育平台基礎醫學院呂亮東課題組聯合哈佛大學公共衛生學院Sarah M. Fortune課題組在PNAS上發表題為“An additional proofreader contributes to DNA replication fidelity in mycobacteria ”的研究成果。研究者發現DnaQ是結核菌的第二個校正亞基，並發現臨床結核菌中存在的DnaQ變異能夠加速耐藥性形成。
研究發現結核菌DnaQ主要參與修復能夠導致DNA鏈結構發現劇烈變化的堿基錯配，從而防止DNA復製叉崩潰（fork collapse）。 生化方面，結核菌DnaQ定位於DNA復製酶復合體，與DnaN亞基存在直接互作；其BRCT結構域是DnaQ發揮抗突變功能的關鍵結構域、可能與DnaE1亞基存在互作。通過分析全球已測序的51229株臨床結核菌的基因組序列，研究者發現dnaQ基因在L4.3亞型結核菌中受到正選擇，其中攜帶DnaQ V88A變異的菌株占比為16.5%。
進一步研究發現，DnaQ V88A變異導致結核菌基因組突變速率提高6倍。臨床數據顯示，攜帶DnaQ V88A的結核菌，其基因組含有更多的耐藥突變數目及二線藥物耐藥突變，提示與泛耐藥性（XDR）的形成有關。因此，DnaQ V88A變異有望成為結核菌耐藥預警的病原學標識。
圖示：分枝桿菌基因組復製校正機製及DnaQ功能
MK体育平台基礎醫學院研究生鄧茗芝、哈佛大學公共衛生學院博士後柳清雲（現為北卡羅來納大學教堂山分校助理教授）為論文共同第一作者，MK体育平台基礎醫學院呂亮東為該研究的通訊作者。該研究得到哈佛大學公共衛生學院Sarah M. Fortune教授、MK体育平台生科院趙國屏教授及上海市肺科醫院沙巍教授的大力支持。該研究獲得國家自然科學基金、國家重點研發計劃等資助。
