单核细胞增生李斯特菌PrfA蛋白转录调控毒力基因表达的分子机制

单核细胞增生李斯特菌(Listeria monocytogenes LM)属于典型的细胞内寄生革兰氏阳性菌,是WHO公布的四大食源性致病菌之一.LM不仅是人畜共患传染病李斯特菌病(listeriosis)的主要病原菌,也是研究胞内感染和细胞介导的免疫应答的模式细菌.绝大多数LM毒力基因的转录表达受到PrfA蛋白的调控.本文简单介绍了LM侵染宿主细胞必需的毒力基因及其产物;重点对毒力基因调节蛋白PrfA的结构和功能,PrfA调节毒力基因表达的主要方式最新进展进行了综述和讨论.     

毒力基因调控蛋白PrfA促进单核细胞增生李斯特菌生物被膜的形成

单核细胞增生李斯特菌(Listeria monocytogenes,LM)是重要的革兰氏阳性食源性致病菌,易在食品以及各种食品加工、运输和保藏设备的接触面形成生物被膜,从而具有更强的抗逆性而难以彻底清除,因此成为食品卫生安全的重要隐患.PrfA是LM毒力基因转录表达的重要调控因子,通过比较研究LM野生株(EGD和EGDe)、PrfA缺失株(EGDAprfA和EGDeAprfA)、无害李斯特菌(Listeria innocua,LI),携带组成性表达PrfA蛋白的重组无害李斯特菌(LI-pERL3-prfA*)以及重组单核细胞增生李斯特菌(EGDeΔprfA-pERL3-prfA*)生物被膜形成能力的差异,探讨LM重要的毒力调控蛋白PrfA对生物被膜形成的影响.实验结果显示:LM野生株具有较强的生物被膜形成能力,而LI形成生物被膜的能力最弱;PrfA的缺失能降低LM生物被膜的形成能力;组成性高量表达PrfA蛋白可以回复EGDeΔprfA的生物被膜形成能力,但对LI没有增强作用.以上实验结果表明:PrfA在LM生物被膜形成中具有重要的促进作用.     

GFP用于单核细胞增生李斯特菌PrfA调控毒力基因actA转录表达的研究

PrfA是单核细胞增生李斯特菌(LM)中迄今为止发现的惟一个调控绝大多数毒力基因转录表达的蛋白因子.为了研究PrfA转录调控毒力基因表达的分子机制,将无启动子的绿色荧光蛋白(GFP)基因与毒力基因actA的启动子融合,连接到穿梭载体pLSV16质粒上,构建成表达融合载体pLSV16-PactA-gfp,然后将其电转化入LM野生株P14、PrfA高表达突变株P14a和prfA基因等位缺失突变株A42中表达.利用荧光显微镜和荧光酶标仪检测上述3株细菌中绿色荧光蛋白的不同表达强度,从而评价actA基因依赖于PrfA的转录活性强弱.结果显示,绿色荧光蛋白在P14a中发出的荧光强度最高,P14次之,A42最弱,两两比较均有显著差异(P＜0.01),表明毒力基因actA的转录水平高低与PrfA的活性成正相关,其转录表达依赖于PrfA的调控;该试验同时也显示GFP能方便、有效地用于研究PrfA调控LM不同毒力基因的转录表达水平.     

单核细胞增生性李斯特菌prfA基因缺失株的构建及其生物学特性

【目的】单核细胞增生性李斯特菌(Lm)是人兽共患李斯特菌病的病原菌,其致病性与调控因子PrfA蛋白作用下毒力基因的表达有着密切关系,本文初步探讨了PrfA蛋白对细菌毒力因子的调控作用。【方法】利用同源重组技术对血清型分别为1/2a和4b的LM4、F4636进行prfA基因的敲除,并构建其回复突变株,对获得的突变株LM4ΔprfA、F4636ΔprfA进行生物学特性研究。【结果】实验结果表明:两株缺失株的溶血活性丧失、回复突变株的溶血活性得到恢复,突变株还丧失磷脂酶活性,黏附和侵袭特性显著下降(P<0.05),对BALB/c小鼠的半数致死剂量提高了105个数量级。【结论】由此表明,PrfA蛋白对hly、plcB、inl家族基因的表达及细菌毒力具有重要的调控作用。prfA基因缺失株的构建为进一步研究PrfA蛋白的调控功能提供了材料,为研究其在Lm致病性中的作用奠定了基础。     

依赖PrfA转录调控的单核细胞增生李斯特菌毒力基因inlC启动子结构特点的初步研究

为了研究单核细胞增生李斯特菌毒力基因启动子的结构特点与转录调控因子PrfA蛋白之间的关系,应用PCR定点突变和重组PCR技术缺失了该菌毒力基因inlC启动子上可能与PrfA蛋白结合以及诱发转录起始相关的碱基序列,构建了一系列突变启动子与lacZ报告基因融合表达质粒,使lacZ基因的表达置于inlC突变启动子下,并分别电转化单核细胞增生李斯特菌野生株P14、PrfA蛋白高表达突变株P14a和prfA基因等位缺失突变株A42中,检测相应的β-半乳糖苷酶活性。结果表明:位于inlC启动子转录起始点下游22bp处的一段17bp的类似PrfA蛋白结合序列TTAACAGCGTTTGTTAA并没有增强和抑制PrfA转录调控活性的功能;甚至将其改造成“完美的”PrfA蛋白结合序列TTAACATTTGTTAA后,也不影响inlC依赖于PrfA的转录活性地表达;但是,如果缺失inlC启动子上原始的PrfA蛋白结合序列,则使inlC依赖于PrfA的转录活性完全丧失;另外,单核细胞增生李斯特菌毒力基因inlC和plcA依赖于PrfA的转录活性的表达也与启动子上PrfA蛋白结合区(PrfA-box)距离-10区的碱基个数有关:最适为22或23bp,长于23bp或短于22bp的突变启动子的依赖PrfA的转录活性大大降低,甚至没有活性。说明除PrfA蛋白结合序列外,受PrfA调控的毒力基因启动子上还可能存在其它尚未阐明的结构和序列影响PrfA蛋白的结合以及启动转录表达。     

依赖PrfA转录调控的单核细胞增生李斯特菌毒力基因inlC启动子结构特点的初步研究

为了研究单核细胞增生李斯特菌毒力基因启动子的结构特点与转录调控因子PrfA蛋白之间的关系,应用PCR定点突变和重组PCR技术缺失了该菌毒力基因inlC启动子上可能与PrfA蛋白结合以及诱发转录起始相关的碱基序列,构建了一系列突变启动子与lacZ报告基因融合表达质粒, 使lacZ基因的表达置于inlC突变启动子下,并分别电转化单核细胞增生李斯特菌野生株P14、PrfA蛋白高表达突变株P14a 和prfA基因等位缺失突变株A42中,检测相应的β-半乳糖苷酶活性。结果表明：位于inlC启动子转录起始点下游22bp 处的一段17bp的类似PrfA蛋白结合序列TTAACAGCGTTTGTTAA并没有增强和抑制PrfA转录调控活性的功能;甚至将其改造成“完美的” PrfA蛋白结合序列TTAACATTTGTTAA后,也不影响inlC依赖于PrfA的转录活性地表达;但是,如果缺失inlC启动子上原始的PrfA蛋白结合序列,则使inlC依赖于PrfA的转录活性完全丧失;另外,单核细胞增生李斯特菌毒力基因inlC和plcA 依赖于PrfA的转录活性的表达也与启动子上PrfA蛋白结合区(PrfA-box)距离-10区的碱基个数有关:最适为22或23bp,长于23bp或短于22bp的突变启动子的依赖PrfA的转录活性大大降低,甚至没有活性。说明除PrfA蛋白结合序列外,受PrfA调控的毒力基因启动子上还可能存在其它尚未阐明的结构和序列影响PrfA蛋白的结合以及启动转录表达。     

单核细胞增生性李斯特菌prfA缺失株及其亲本株胞外蛋白的比较蛋白质组学

[目的]PrfA蛋白对单核细胞增生性李斯特菌致病过程中毒力基因的表达起着重要调控作用,本文从蛋白质水平上初步探讨了PrfA的调控功能.[方法]对LM4及LM4 AprfA的胞外蛋白采用双向凝胶电泳结合基质辅助激光解析电离飞行时间质谱鉴定技术,进行比较蛋白质组学研究.[结果]发现差异表达的有31个蛋白点,质谱鉴定成功19个点,对应12种蛋白,其中已知的毒力相关蛋白有:InlC、ActA、LLO,此外还发现丙氨酸丙氨酰羧肽酶、GW重复表面蛋白、假定转录调节因子、天冬氨酸半醛脱氢酶和一些假定蛋白.采用实时荧光定量PCR方法对蛋白质组学方法获得的结果进行了验证,结果显示hly、actA、inlC的基因表达量显著下降,丙氨酰氨羧肽酶、GW重复表面蛋白的mRNA转录水平降低.[结论]PrfA蛋白对毒力岛LIPI-Ⅰ和毒力岛LIPI-Ⅱ中毒力基因的表达具有重要的调控作用,新发现的转录调控因子和假定蛋白的功能有待于进一步深入研究.     

RsbV基因缺失对单核细胞增生李斯特菌毒力的影响

[目的]探讨RsbV基因缺失对单核细胞增生李斯特菌(LM)毒力的影响.[方法]运用基因重叠延伸PCR( SOE-PCR)技术扩增出LM-XS5野毒株的RsbV基因缺失片段,然后用同源重组方法构建RsbV基因缺失株;通过肝脾细菌计数、LD50的测定和毒力基因转录水平的检测(qRT-PCR),研究LM野毒株和缺失株在毒力上的差异.[结果]RsbV基因缺失株LD50是野毒株的104倍(P＜0.01);缺失株在小白鼠肝和脾内的载菌量均明显减少(P＜0.05);实时荧光定量PCR检测结果发现,缺失株4个毒力因子的表达水平均显著低于野毒株(P＜0.05);缺失株免疫小白鼠后对野毒株的攻毒具有良好的免疫保护作用.[结论]RsbV对LM的4个毒力基因inlA、LLO、PlcA和PrfA的表达具有调控作用;RsbV基因缺失株毒力明显减弱,但仍保留了较强的免疫原性.     

李斯特菌毒力因子及其进化

李斯特菌属包含6个种,毒力各有差异。在细菌耐受外界环境、黏附侵袭及细胞内感染过程中,毒力因子各司其职又相互协作。毒力基因常聚集为毒力岛,其中PrfA依赖型毒力基因簇(LIPI-1)与内化素岛(LIPI-2)是致病种最重要的两个毒力岛。李斯特菌各个种可能来源于同一个携带有完整毒力岛的祖先,在长期进化过程中,通过基因水平转移或重组、整合等事件,演化为目前流行的6个种。噬菌体、转座子、质粒等可能扮演着毒力进化执行者的角色。一些天然非典型菌株是目前研究的热点,如含有LIPI-1的无害李斯特菌和缺失LIPI-1的塞氏李斯特菌,其演化进程可能尚未达到或已超越目前流行的状态,为李斯特菌毒力进化的研究提供了重要线索。     

CodY在单核细胞增生李斯特菌运动和毒力方面的作用

目的:探究全局性转录调控因子CodY在单核细胞增生李斯特菌(Listeria monocytogenes,Lm)鞭毛运动和细菌毒力方面的作用。方法:通过同源重组的方法敲除Lm染色体上CodY的编码基因codY并成功构建缺失菌株的回复菌株;利用平板泳动法观测鞭毛运动的变化,RT-qPCR检测与鞭毛运动相关基因的转录表达;比较野生型菌株EGDe与CodY缺失菌株对细菌溶血活性、棉铃虫幼虫的半致死剂量和主要的毒力因子LLO和毒力基因调控蛋白PrfA转录表达的影响。结果:同野生型菌株相比,CodY缺失菌株鞭毛运动和相关基因,以及主要的毒力因子LLO和PrfA的转录表达显著降低(P≤0.01),溶血活性显著降低(P≤0.01),对棉铃虫幼虫的半致死剂量上升了5.8倍。结论:CodY在Lm鞭毛运动和细菌毒力调控方面具有重要作用。     

Antimicrobials: targeting virulence genes necessary for intracellular multiplication

Intracellular bacteria constitute a major class of pathogens for humans and animals. Their pathogenicity is linked to their ability to multiply inside a host cell. A set of virulence genes (virulome) is required for this intracellular lifestyle. Recent studies have shown that blocking the enzymes encoded by these virulence genes impairs intracellular multiplication of the pathogen. These specific factors could constitute a new set of possible targets for antimicrobial drugs. The potential advantages, pitfalls and challenges of a strategy that targets these virulence factors are discussed.     

Virulence mechanisms of Gram-positive plant pathogenic bacteria

Actinobacteria and Firmicutes comprise a group of highly divergent prokaryotes known as Gram-positive bacteria, which are ancestral to Gram-negative bacteria. Comparative genomics is revealing that, though plant virulence genes are frequently located on plasmids or in laterally acquired gene clusters, they are rarely shared with Gram-negative bacterial plant pathogens and among Gram-positive genera. Gram-positive bacterial pathogens utilize a variety of virulence strategies to invade their plant hosts, including the production of phytotoxins to allow intracellular and intercellular replication, production of cytokinins to generate gall tissues for invasion, secretion of proteins to induce cankers and the utilization and manipulation of sap-feeding insects for introduction into the phloem sieve cells. Functional analysis of novel virulence genes utilized by Actinobacteria and Firmicutes is revealing how these ancient prokaryotes manipulate plant, and sometimes insect, metabolic processes for their own benefit.     

Whole-genome shotgun sequencing of the sulfur-oxidizing chemoautotroph Tetrathiobacter kashmirensis

The chemolithoautotrophic betaproteobacterium Tetrathiobacter kashmirensis belongs to the family Alcaligenaceae and is phylogenetically closely related to pathogens such as Taylorella and Bordetella species. While a complete inorganic sulfur oxidation gene cluster, soxCDYZAXWB, is present in its genome, pathogenicity islands or genes associated with virulence, disease, cellular invasion, and/or intracellular resistance are completely absent.     

Type III secretion genes identify a putative virulence locus of Chlamydia

Four genes of Chlamydia psittaci strain guinea pig inclusion conjunctivitis (GPIC), whose predicted products are highly homologous to structural and regulatory components of a contact-dependent or type III secretion apparatus, were isolated. Related to genes present in several animal and plant bacterial pathogens, these genes may represent a section of a previously undetected chromosomal virulence locus analogous to several recently described virulence-associated type III secretion loci. The existence of contact-dependent secretion in Chlamydia strongly suggests that these bacteria use pathogenic mechanisms that are similar to those of other intracellular bacterial pathogens. Unlike other intracellular bacteria, however, chlamydiae are metabolically inactive extracellularly and only become capable of global protein synthesis several hours after infection. This implies that chlamydial contact-dependent secretion is only active from within, uniquely after the bacteria have been internalized by eukaryotic cells. The possible role(s) of this pathway in chlamydial pathogenesis are discussed.     

The Shigella virulence gene regulatory cascade: a paradigm of bacterial gene control mechanisms

Shigella flexneri is the causative agent of bacillary dysentery and is a facultative intracellular pathogen. Its virulence regulon is subject to tight control by several mechanisms involving the products of over 20 genes and an array of environmental signals. The regulon is carried on a plasmid that is prone to instability and to integration into the chromosome, with associated silencing of the virulence genes. Closely related regulons are found in other species of Shigella and in enteroinvasive Escherichia coli . A wealth of detailed information is now available on the Shigella virulence gene control circuits, and it is becoming clear that these share many features with regulatory systems found in other bacterial pathogens. All of this makes the S. flexneri virulence gene control system a very attractive topic for those interested in the nature of gene regulatory networks in bacteria.