酸化還元補因子F420は、マイコバクテリアを多様な抗菌化合物から保護し、還元的解毒システムを媒介します

マイコバクテリア酸化還元代謝の決定的な特徴は、異常なディーザフラビン補因子の使用であり、F420この補因子は、抗菌治療後を含む環境および病原性のマイコバクテリアの持続性を高めますが、この遺体の分子基盤は理解されます。この作業では、F420が抗菌毒性酵素の補因子として機能することにより、F420が持続性を高めるという仮説を調査しました。これをテストするために、F420を合成または減少させることができないモデル土壌マイコバクテリウム膜菌株に関連する一連の表現型、生化学、および分析化学研究を実施しました。マイコバクテリアによって伝統的に抵抗されている3つのクラスの抗菌薬化合物の化合物は、亜球下濃度でのF420変異株の成長、すなわち、フラノクーマリン（メトクサレンなど）、アリールメタン（例えば、マラチャイトグリーン）、キノン類似体（E.G.、Menadione）を阻害しました。乱雑なF420H2依存性レダクターゼは、水素化物の移動と一致するメカニズムにより、これらの化合物を直接還元することを実証しました。さらに、F420H2を作ることができないM. smegmatis株は、全細胞アッセイでフラノクマリンおよびアリールメタン化合物クラスの代表者を減らし、解毒する能力を失いました。対照的に、変異株は臨床的抗マイコバクテリアの影響をわずかに敏感でしかありませんでしたが、これは、解毒システムの喪失ではなく、F420機能の喪失（例えば、酸化還元の不均衡）の間接的な影響によるものであると思われました。合わせて、これらのデータは、F420がマイコバクテリアの抗菌薬耐性を高め、F420H2依存性レダクターゼの1つの機能がマイコバクテリアおよび場合によっては他の環境活動性のある天然産物の範囲を広げることであることを示唆していることを示しています。補因子F420は、環境アクチノバクテリウムmycobacterium smegmatisの抗菌耐性にとって重要です。酸化酵素のスーパーファミリーであるF420H2依存性レダクターゼは、in vitroおよびvivomでの多様な抗菌薬を減少させることができることを示しています。F420を製造または削減できないSmegmatis株は、これらの抗菌化合物による阻害に敏感になります。これは、マイコバクテリアがF420のユニークな特性を活用して、抗生物質アームレースの一部として構造的に多様な抗菌薬を減らすことを示唆しています。このプロセスを促進するF420H2依存性レダクターゼは、バイオレメディエーションおよび生体触媒における潜在的な用途を備えた抗菌薬デトキシ化酵素の新しいクラスを表しています。

A defining feature of mycobacterial redox metabolism is the use of an unusual deazaflavin cofactor, F420 This cofactor enhances the persistence of environmental and pathogenic mycobacteria, including after antimicrobial treatment, although the molecular basis for this remains to be understood. In this work, we explored our hypothesis that F420 enhances persistence by serving as a cofactor in antimicrobial-detoxifying enzymes. To test this, we performed a series of phenotypic, biochemical, and analytical chemistry studies in relation to the model soil bacterium Mycobacterium smegmatis Mutant strains unable to synthesize or reduce F420 were found to be more susceptible to a wide range of antibiotic and xenobiotic compounds. Compounds from three classes of antimicrobial compounds traditionally resisted by mycobacteria inhibited the growth of F420 mutant strains at subnanomolar concentrations, namely, furanocoumarins (e.g., methoxsalen), arylmethanes (e.g., malachite green), and quinone analogues (e.g., menadione). We demonstrated that promiscuous F420H2-dependent reductases directly reduce these compounds by a mechanism consistent with hydride transfer. Moreover, M. smegmatis strains unable to make F420H2 lost the capacity to reduce and detoxify representatives of the furanocoumarin and arylmethane compound classes in whole-cell assays. In contrast, mutant strains were only slightly more susceptible to clinical antimycobacterials, and this appeared to be due to indirect effects of F420 loss of function (e.g., redox imbalance) rather than loss of a detoxification system. Together, these data show that F420 enhances antimicrobial resistance in mycobacteria and suggest that one function of the F420H2-dependent reductases is to broaden the range of natural products that mycobacteria and possibly other environmental actinobacteria can reductively detoxify.IMPORTANCE This study reveals that a unique microbial cofactor, F420, is critical for antimicrobial resistance in the environmental actinobacterium Mycobacterium smegmatis We show that a superfamily of redox enzymes, the F420H2-dependent reductases, can reduce diverse antimicrobials in vitro and in vivoM. smegmatis strains unable to make or reduce F420 become sensitive to inhibition by these antimicrobial compounds. This suggests that mycobacteria have harnessed the unique properties of F420 to reduce structurally diverse antimicrobials as part of the antibiotic arms race. The F420H2-dependent reductases that facilitate this process represent a new class of antimicrobial-detoxifying enzymes with potential applications in bioremediation and biocatalysis.