持留菌是一种休眠或生长缓慢的细胞,能够高度耐受营养缺乏和抗生素等环境压力。持留菌的形成主要是由于表型的转换,当环境压力消除后,持留菌能够恢复正常生长。持留菌的形成是临床上导致细菌慢性感染和复发性感染的主要原因之一。毒素-抗毒素系统（TA系统）在持留菌的形成中起着重要的作用。TA系统由稳定的毒素和不稳定的抗毒素组成,毒素能够影响细胞重要的生理生化过程,比如抑制DNA的复制、RNA的转录、蛋白质的合成、细胞壁的合成、细胞的分裂或者降低膜电位,抑制细菌的生长。在正常的生长环境中,毒素能够被其相对应的抗毒素中和;而当细菌处于环境压力状态时,抗毒素会被降解从而使毒素活化。根据抗毒素的性质及其作用机制,TA系统被分为7种类型（I-VII）,其中Ⅱ型TA系统在细菌基因组中广泛存在。例如在结核分枝杆菌和大肠杆菌中分别鉴定出了至少79种和12种Ⅱ型TA系统。典型的Ⅱ型TA系统由位于同一操纵子上分别编码毒素蛋白和抗毒素蛋白的两个基因组成,毒素的活性通过与其抗毒素直接结合而受到抑制,抗毒素能够与TA系统操纵子的启动子区域直接结合,从而使TA系统操纵子的转录被抑制。铜绿假单胞菌是环境中常见的革兰氏阴性条件致病菌,能够在免疫功能低下的患者中引起一系列急慢性感染。在铜绿假单胞菌中,已经鉴定出至少4对Ⅱ型TA系统参与持留菌的形成,这四对Ⅱ型TA系统分别是:Par D/Par E,Hic A/Hic B,Rel E/Rel B和Hig B/Hig A。一项生物信息学分析表明,在铜绿假单胞菌的染色体上存在7对可能参与持留菌形成的Ⅱ型TA系统,分别是:PA14＿51010/PA14＿51020,PA14＿40220/PA14＿40210,PA14＿21710/PA14＿21720,PA14＿28790/PA14＿28780,PA14＿60050/PA14＿60040,PA14＿71340/PA14＿71330和PA14＿28120/PA14＿28130。了解TA系统的作用机制将有助于我们阐明铜绿假单胞菌的持留菌形成机制。在本研究中,我们检测了上述7个预测的Ⅱ型TA系统在铜绿假单胞菌野生型菌株PA14持留菌形成中的作用。毒素基因PA14＿51010的过表达或者抗毒素基因PA14＿51020的敲除会增加细菌对抗生素的耐受性,而共同过表达或者同时敲除PA14＿51010和PA14＿51020这两个基因能够将细菌的持留水平恢复至野生型状态。这两个基因位于同一操纵子,且该操纵子能够被抗毒素PA14＿51020抑制,同时我们也证明了毒素蛋白PA14＿51010和抗毒素蛋白PA14＿51020之间的直接相互作用。序列分析表明,毒素蛋白PA14＿51010包含一个保守的RES结构域,属于RES蛋白家族。PA14＿51010的过表达会降低胞内NAD+的水平,RES结构域的突变能够消除PA14＿51010降低胞内NAD+水平和促进持留菌形成的能力。此外,nrt R基因突变使胞内NAD+的含量升高,中和了过表达PA14＿51010造成的胞内NAD+含量的降低,消除了PA14＿51010过表达在持留菌形成中的促进作用。综合来讲,我们的研究确定了铜绿假单胞菌中一对新型Ⅱ型TA系统,并发现其能够通过降低胞内NAD+的水平来促进持留菌的形成。