近日，由國家農業（水禽）產業技術體系崗位科學家、四川農業大學程安春/劉馬峰教授團隊和福建師范大學歐陽松應教授團隊合作在中科院一區Top期刊Advanced Science上發表題為“Structural Basis and Mechanism of a Unique Haemophore in the Haem-iron Acquisition by Riemerella anatipestifer（一種新型血紅素載體蛋白參與鴨疫里默氏桿菌血紅素攝取的結構基礎及作用機制）”的研究論文。該研究以鴨疫里默氏桿菌為代表，在黃桿菌目中鑒定了一種新型的血紅素載體蛋白RhuH，并解析了其獨特的結構特征和作用機制，為深入理解黃桿菌目細菌對血紅素的攝取機制提供了新的見解。

鐵離子是大多數細菌生長代謝過程中所必需的關鍵營養元素，參與多種重要的生命活動。在脊椎動物宿主，血紅素是最豐富的鐵儲存庫，其中約70%以血紅蛋白的形式存在。為了獲取血紅素，革蘭氏陰性菌通常依賴血紅素攝取系統，該系統由血紅素載體蛋白、TonB依賴性血紅素受體、TonB復合物和ABC轉運體共同組成。目前已鑒定出五種不同類型的血紅素載體蛋白，但在黃桿菌目中尚未發現與之相似的序列或結構。本研究在鴨疫里默氏桿菌中發現了一種新型血紅素載體蛋白RhuH。該蛋白以二聚體形式存在（圖1a-c），其單體結構由7個α螺旋和13條反向平行β鏈組成的β桶狀結構組成（圖1d）。這一結構與其他已知血紅素載體蛋白顯著不同， RhuH的同源物在黃桿菌目中廣泛分布，并且這些同源蛋白在結構和功能上高度保守。

圖1 RhuH的三維結構

（a）RhuH二聚體結構；（b）RhuH二聚體界面相互作用的放大視圖；（c）RhuH 蛋白的表面電荷。藍色表示正電荷，紅色表示負電荷。（d）不同角度展示RhuH單體結構。

在鐵離子限制條件下，RhuH通過外膜囊泡分泌，并以兩種可能的形式從宿主血紅蛋白中高親和力地奪取血紅素（圖2）：（a）經菌體分泌的外膜囊泡裂解釋放出RhuH，RhuH從宿主血紅蛋白中奪取血紅素，并將結合的血紅素轉遞給相應的外膜血紅素受體；（b）定位于外膜囊泡表面的RhuH直接從宿主血紅蛋白中奪取血紅素，隨后外膜囊泡通過膜融合的方式將血紅素轉運回細菌胞內以供利用。

圖2 血紅素載體蛋白RhuH的作用模式圖

四川農業大學動物醫學院博士研究生王夢瑩、福建師范大學生命科學學院張丹丹博士為論文共一作者，福建師范大學歐陽松應教授、四川農業大學動物醫學院程安春教授和劉馬峰教授為論文的共同通訊作者，“登峰計劃”本科生姚弈舟參與了該研究工作。該研究團隊長期聚焦于鴨疫里默氏桿菌與宿主“營養免疫”方面的研究。該研究得到了國家自然科學基金（32172851）、四川省自然科學基金（2024NSFSC0034）、國家現代農業產業技術體系（CARS-42-17）等項目的資助。文章鏈接：https://doi.org/10.1002/advs.202412202