铜绿假单胞菌PAO1中c-di-GMP代谢相关基因PA0575对表型的影响

【背景】铜绿假单胞菌PAO1中存在与环鸟苷二磷酸(cyclic-di-guanosine monophosphate,c-di-GMP)代谢相关基因PA0575。【目的】探讨铜绿假单胞菌PAO1中环鸟苷二磷酸代谢相关基因PA0575对运动能力及生物膜的影响。【方法】通过PCR对菌株遗传背景进行确认;利用刚果红结合实验及电转PcdrA-gfp质粒间接测量胞内c-di-GMP水平;利用泳动性(swimming)、蜂群泳动(swarming)、蹭行运动(twiching)和生物膜定量实验对细菌进行表型分析,并在运动培养基中添加抗生素研究其对运动能力的影响;针对PA0575基因进行融合蛋白表达载体的构建,并对蛋白进行原核诱导表达。【结果】3株突变体菌株的转座子插入突变位点不一致,胞内c-di-GMP水平检测结果显示,PA0575-1菌株的c-di-GMP含量高于野生型PAO1菌株(P0.05),PA0575-2、PA0575-3菌株胞内c-di-GMP水平与野生型PAO1菌株无差异(P0.05)。运动能力检测实验中,与野生型PAO1菌株相比,PA0575-1菌株泳动性增强(P0.05);PA0575-2、PA0575-3菌株的泳动性、蜂群运动均增强(P0.05);该基因不同位点的突变均导致氯霉素对菌株的运动能力产生抑制作用。生物膜定量结果显示,与野生型PAO1菌株相比,细菌培养18 h后PA0575-1的生物膜含量降低(P0.05),PA0575-2、PA0575-3菌株的生物膜含量升高。最后成功构建了PA0575基因不同结构域的8个表达载体,并获得了异源表达蛋白。【结论】PA0575基因降低铜绿假单胞菌胞内c-di-GMP的水平,影响表型的同时也抑制了氯霉素抗性基因的表达。以上研究为PA0575基因对表型的影响奠定了基础。     

c-di-GMP的磷酸二酯酶PA4781在抗菌肽Merecidin抑制铜绿假单胞菌生物被膜中的作用

【背景】抗菌肽Merecidin可抑制临床菌株铜绿假单胞菌PA03生物被膜。PA4781基因是课题组通过生物信息学分析筛选出的差异表达基因,PA4781作为细菌第二信使分子环二鸟苷酸(cyclic diguanylate,c-di-GMP)的磷酸二酯酶具有降解c-di-GMP的作用,其在抗菌肽Merecidin抑制生物被膜中的作用机制尚不清楚。【目的】研究细菌第二信使分子c-di-GMP的磷酸二酯酶PA4781基因在抗菌肽Merecidin抑制铜绿假单胞菌生物被膜中的作用。【方法】利用单碱基突变技术敲除PA4781基因,Sanger测序方法检测敲除的正确性。采用结晶紫染色法观察PA03菌株、PA4781过表达菌株、PA4781敲除菌株24 h生物被膜生长情况,以及在抗菌肽Merecidin 24、48、72μmol/L作用下各菌株生物被膜的生长情况。采用对羟基联苯溶液显色法检测在抗菌肽Merecidin 48、72μmol/L作用下,PA03菌株、PA4781过表达菌株、PA4781敲除菌株生物被膜藻酸盐的变化情况。【结果】Sanger测序结果显示,用pnCasPABEC系统成功实现了靶点位置的单碱基突变,提前终止了PA4781的转录;结晶紫染色结果显示,培养24h时,在24μmol/L抗菌肽Merecidin作用下PA03菌株、PA4781过表达菌株、PA4781敲除菌株生物被膜形成情况无显著性差异(P0.05),在抗菌肽Merecidin 48、72μmol/L处理下,过表达株与正常株和敲除株有显著性差异(P0.05),生物被膜明显减少,敲除株生物被膜厚度高于PA03组(P0.05)。随着抗菌肽Merecidin浓度升高各组藻酸盐含量下降,其中过表达菌株在抗菌肽Merecidin作用下藻酸盐生成量抑制率最高,可达65%。【结论】抗菌肽Merecidin能够促进细菌第二信使分子磷酸二酯酶PA4781的表达,为抗菌肽Merecidin抑制铜绿假单胞菌生物被膜的作用机制可能通过细菌第二信使分子这一信号途径提供新的研究思路。     

细菌群体感应参与铜绿假单胞菌胞内聚羟基脂肪酸酯合成的调控

群体感应是细菌根据细胞密度变化调控基因表达的一种调节机制。铜绿假单胞菌中QS系统由lasI和rhlI合成的信号分子3OC12-HSL和C4-HSL以及各自的受体蛋白LasR、RhlR组成,它们以级联方式调控多个基因表达。【目的】研究细菌群体感应(QS)对聚羟基脂肪酸酯合成的调控。【方法】利用铜绿假单胞菌PAO1及其QS突变株为材料通过气相色谱、荧光定量PCR在生理和分子水平上研究QS对聚羟基脂肪酸酯合成的调控。【结果】QS信号分子合成抑制剂阿奇霉素处理铜绿假单胞菌PAO1和QS突变株导致胞内PHA积累量显著减少;铜绿假单胞菌PAO1中C4-HSL合成酶基因rhlI缺失突变株PAO210胞内PHA积累量与野生型无差别;而3OC12-HSL合成酶基因lasI缺失突变株PAO55、3OC12-HSL受体合成酶基因lasR缺失突变株PAO56以及lasI/lasR双缺失突变株PAO57胞内PHA含量与野生型相比明显减少;lasI和lasR的突变株体内PHA合成酶基因phaC1的表达量显著降低,信号分子3OC12-HSL回补实验使phaC1的表达量可恢复到野生株水平,但只可部分恢复lasI缺失导致的胞内PHA合成。【结论】由此推测,铜绿假单胞菌群体感应系统中lasI/lasR系统参与胞内聚羟基脂肪酸酯合成的调控。     

SadC合成的c-di-GMP信号通过PilZ和FlgZ调节铜绿假单胞菌的泳动能力

【目的】探究铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)鸟苷酸环化酶(diguanylate cyclase,DGC)SadC合成的环二鸟苷酸(cyclicdi-GMP,c-di-GMP)信号与PilZ结构域受体间的信号传递关系,分析鉴定出特定PilZ结构域受体的调控功能和机制。【方法】SadC突变株和过表达菌株的构建及泳动能力分析;SadC过表达背景下,PilZ结构域受体突变各菌株的泳动表型分析和筛选;基因敲除和过表达解析筛选出的PilZ结构域受体功能;定点突变和遗传互补检测筛选出的PilZ结构域受体是否参与SadC合成c-di-GMP对泳动能力的调控。【结果】SadC通过影响鞭毛功能而非鞭毛形成抑制铜绿假单胞菌的泳动能力;PilZ结构域受体突变菌株筛选发现PilZ、FlgZ这2个受体参与了SadC介导的泳动能力抑制;功能分析发现ΔpilZ或ΔflgZ的泳动能力相比野生型PA14显著增强,而过表达PilZ或FlgZ则抑制了泳动能力;定点突变和回补实验发现PilZ第10位和FlgZ第140位氨基酸R对其介导SadC负调控泳动能力至关重要,多序列比对分析表明这些位点是其保...     

植物发酵液提取物对铜绿假单胞菌生物膜的作用

【目的】探讨植物发酵液提取物(plant fermentation extract,PFE)对铜绿假单胞菌生物膜的抑制作用,为临床上铜绿假单胞菌感染相关疾病的治疗提供参考。【方法】通过划线法分离临床标本中的铜绿假单胞菌并进行鉴定,通过报告菌株测定铜绿假单胞菌的毒力因子,采用试管法和激光共聚焦扫描显微镜测定生物膜的形成。【结果】在分离出的16株铜绿假单胞菌中,PFE对PA007菌株的作用效果最好,1%PFE显著降低PA007菌株生物膜、绿脓菌素和N-(3-oxododecanoyl)-HSL(3-oxo-C12-HSL)的产量(P0.05)。同时,也显著降低Las A蛋白酶的活性以及持留菌存活率(P0.05)。荧光定量PCR实验结果表明PFE能显著抑制las I和pqs A基因的表达(P0.05)。【结论】PFE具有抗铜绿假单胞菌感染能力,在临床上铜绿假单胞菌感染疾病的治疗中具有巨大的潜在价值。     

铜绿假单胞菌PAO1 ku基因缺失菌株的构建及其对生物被膜耐药性的影响

【背景】铜绿假单胞菌是常见的条件致病菌,易形成生物被膜,具有基因突变率高、耐药性强的特点。非同源末端连接是DNA双链断裂的主要修复途径之一,修复过程会导致DNA突变产生。【目的】研究非同源末端连接对生物被膜中的铜绿假单胞菌基因突变率和耐药性的影响。【方法】通过基因无痕敲除的方法构建PAO1菌株的ku基因缺失突变株Δku并构建其回补株。对比研究突变株和野生菌株生物被膜形成能力、生物被膜状态下各菌的基因突变率以及对抗生素的耐受性。通过荧光定量PCR检测生物被膜中PAO1菌株ku基因的表达水平。【结果】各突变株生物被膜形成能力无显著差异;与野生菌株相比,突变株Δku在生物被膜中的基因突变率以及对环丙沙星和庆大霉素的最低抑菌浓度(minimum inhibitory concentration,MIC)下降。荧光定量PCR结果表明,ku基因在生物被膜形成早期转录水平有明显上调。【结论】非同源末端连接修复途径对生物被膜中的铜绿假单胞菌基因突变率以及耐药性的提高有一定的作用。本研究将为后续进一步阐释铜绿假单胞菌耐药产生机制提供一定的理论依据。     

异油酸含量对铜绿假单胞菌群集运动能力的影响

摘要:【目的】研究铜绿假单胞菌的脂肪酸组成对群集运动(swarming)的影响及可能的原因。【方法】通过双交换原理敲除铜绿假单胞菌PAO1脂肪酸合成的一个重要基因fabF,构建fabF缺失突变体;构建pUCP18Gm-fabF质粒大量表达FabF,对缺失体进行回补。比较野生型、缺失体和回补后菌株的swarming能力。利用气相色谱分析野生型、缺失体和回补后菌株的脂肪酸组成变化,以揭示FabF表达影响swarming能力的可能原因。【结果】获得了假单胞菌的fabF缺失突变体YFF-1,证实了fabF敲除后假单胞菌的 swarming能力消失,fabF回补后细菌的swarming能力得以恢复。气相色谱结果显示,突变后脂肪酸组成发生明显变化,异油酸(C18:1 Δ11)含量由33.6%急剧下降至8.9%,不饱和脂肪酸:饱和脂肪酸(USA:SFA)也由0.96下降至0.74;fabF回补后,异油酸含量恢复至20.9%,USA:SFA也上升至1.09。【结论】铜绿假单胞菌fabF基因的表达水平对细菌的swarming能力具有重要影响,突变体中异油酸含量的下降及脂肪酸不饱和程度的降低(尤其是异油酸含量的急剧下降),可能是YFF-1 swarming能力消失的重要原因。     

铜绿假单胞菌生物膜和浮游菌的毒力表达差异

目的探究铜绿假单胞菌生物膜和浮游菌状态下毒力因子的表达差异。方法使用铜绿假单胞菌标准菌株PAO1,分别在生物膜(静置)和浮游菌(摇床)状态下培养,收集上清液,检测总蛋白酶、LasA和LasB弹性蛋白酶、鼠李糖脂、绿脓素、溶血活性;通过荧光定量PCR检测群体感应(quorum sensing, QS)系统相关基因的表达;同时,通过活菌计数检测PAO1在生物膜和浮游菌状态下的生长曲线。结果生物膜状态下,铜绿假单胞菌PAO1的总蛋白酶、LasA、LasB弹性蛋白酶、鼠李糖脂、绿脓素表达均增高(均P0.05),溶血活性增高(P0.05),生物膜和浮游菌状态下细菌生长曲线差异无统计学意义,QS相关基因rhlI、rhlR、rhlA、lasI、lasR、pqsA、pqsR表达增高(均P0.05)。结论铜绿假单胞菌PAO1在生物膜状态下毒力因子表达较浮游菌状态下增高。     

PA2580基因与铜绿假单胞菌环境压力耐受性相关

【目的】研究铜绿假单胞菌PAO1 PA2580基因的功能。【方法】构建了PA2580的敲除突变体及突变体互补体,通过最小抑制浓度测定、基因启动子活性检测、蛋白体外表达纯化等方法,对PA2580基因的功能进行了深入的研究。【结果】PA2580突变体对羧苄青霉素、氯霉素、环丙沙星的敏感性增强。PA2580基因的表达还受到不同种类的低于抑制浓度的抗生素的调节。PA2580蛋白产物以NADPH为电子供体,能够高效还原多种醌类物质。此外,PA2580突变体对过氧化氢敏感性增加,过氧化氢酶编码基因在PA2580突变体中的表达降低,表明PA2580与铜绿假单胞菌氧化压力耐受性相关。【结论】PA2580产物是NADPH-醌类的还原酶,其功能与铜绿假单胞菌对环境压力的耐受密切相关。     

群体感应信号分子降解基因对铜绿假单胞菌毒力和生物膜形成的影响

来源于苏云金芽孢杆菌的aiiA基因克隆至Pseudomonas/E. coli穿梭载体并转入铜绿假单胞菌PAO1菌株, Western杂交显示AiiA蛋白在PAO1中正确表达. IPTG诱导9和21 h后分别取样检测两种信号分子的含量, 表达aiiA基因的菌株信号分子被完全降解; 检测重要的毒力因子弹性蛋白酶和绿脓菌素, 表达aiiA基因的菌株中毒力因子的含量明显少于野生型对照和空载体对照; 与运动性相关的丛集运动测定也表明, aiiA基因影响了细菌的丛集运动. 进一步通过液体和固体表面形成生物膜的差异以及对生物膜结构的扫描电子显微镜观察, aiiA基因的表达对铜绿假单胞菌生物膜的形成有重要影响.     

茎瘤固氮根瘤菌环二鸟苷酸代谢相关基因的功能鉴定

【目的】考察茎瘤固氮根瘤菌ORS571中c-di-GMP合成酶AZC-2412的编码基因缺失的突变表型,初步探究其功能机理。【方法】本实验构建基于cre-loxp重组酶系统的根瘤菌基因敲除系统,以及采用三亲接合技术构建突变株。测定野生型和突变株的生长速率、趋化能力、胞外多糖产量、生物膜形成等表型。【结果】突变株与野生型生长速率几乎相同。与野生型相比突变株由于细胞内c-di-GMP水平降低,胞外多糖、生物膜产量等均有所下降。【结论】实验表明,环二鸟苷酸合成酶AZC-2412缺失,使得c-di-GMP水平降低,对胞外多糖生成、细菌的运动能力、生物膜的形成、细胞絮凝、与植物的互作等均有调控作用。     

靶向破坏铜绿假单胞菌生物被膜的定向蛋白投放技术

【目的】随着合成生物学的发展,通过在细菌体内设计合成复杂、多功能的基因线路进行靶向治疗已经取得巨大进展。虽然这种使用细菌作为治疗传递系统,选择性地在体内释放有效治疗成分的方式具有极大优势,但是如何使细菌在代谢负荷增加较低的情况下有效地分泌功能蛋白并发挥作用依旧是一个难题。【方法】针对这一难题,本研究提供了一种新的策略,即以细菌中广泛存在的蛋白类杀菌素和丝状噬菌体等相关编码基因作为生物模块,通过对铜绿假单胞菌的这些内源生物模块的重新编排和组装,构建了一种能在特定条件下裂解并投放功能蛋白的工程菌。为了评价工程菌中构建的生物模块能否工作,本研究选择胞外多糖水解酶PelA和PslG作为工程菌投放的功能蛋白,以此构建了工程菌PAO1102。通过对铜绿假单胞菌生物被膜的破坏实验、抑制形成实验以及抗生素耐药性实验,检验PAO1102对铜绿假单胞菌生物被膜的破坏和预防效果。【结果】与对照组相比,工程菌PAO1102的处理可以显著破坏已形成的生物被膜并抑制生物被膜的形成,同时还可显著增强生物被膜中的细菌对妥布霉素的敏感性,且这些功能主要通过外界Pf4丝状噬菌体侵染并使工程菌裂解而释放功能蛋白这一途径实现的。【结论】本研究所构建的工程菌可以作为一种微生物工具,用于靶向破坏铜绿假单胞菌生物被膜。在后续的研究中可根据不同的需求,在工程菌中表达不同的功能基因并实现功能蛋白的定向投放,从而执行不同的生物学功能。     

双组分系统rcsC基因影响禽致病性大肠杆菌的致病性及相关生物学特性

【目的】双组分系统Rcs感受外界环境变化,并调控细菌的适应性及生存等。本文探讨Rcs双组分系统传感器激酶RcsC对禽致病性大肠杆菌(avian pathogenic Escherichia coli,APEC)相关生物学特性及致病性的影响。【方法】采用Red同源重组的方法构建rcsC基因缺失株,并利用互补质粒构建互补株,然后比较野生株、基因缺失株与互补株的生长特性、运动性、生物被膜、凝集沉淀能力、致病力及毒力基因转录水平的差异。【结果】rcsC基因缺失不影响APEC的生长速度,然而,缺失RcsC导致APEC的运动能力升高、生物被膜形成能力降低和凝集能力增强。凝集试验结果显示rcsC基因有助于APEC的凝集沉降。细胞黏附入侵结果表明,rcsC在APEC侵袭DF-1细胞过程中发挥作用,而对黏附能力无影响。动物感染试验结果表明rcsC基因缺失能显著降低APEC的毒力。荧光定量PCR检测结果表明,rcsC基因缺失株中ompA、aatA、fyuA和luxS基因的转录水平均显著降低,而fimC和tsh基因的转录水平显著升高。【结论】RcsC参与调控APEC的运动性、生物被膜形成、凝集沉降和致病力。     

嗜水气单胞菌zntR调控的生理功能及其机制研究

【目的】ZntR是一种金属调控蛋白,可催化锌外排基因的转录激活,防止细胞内二价Zn离子过量,但其对细菌生理功能的影响目前尚不清楚。【方法】本研究构建了嗜水气单胞菌ATCC7966(Aeromonas hydrophila,A.h)的zntR缺失株及补救株,对菌株的生物被膜形成能力、溶血活性、运动能力和响应金属离子胁迫等生理表型进行评估。【结果】敲除zntR基因的菌株对锌和铬离子胁迫敏感、对钴离子胁迫耐受,并且生物被膜形成能力下降、运动能力增强,这些表型在其补救菌株中均能得到恢复。进一步利用DIA定量蛋白质组学技术比较野生株和zntR缺失株的蛋白表达差异,发现ZntR还可能参与双组分系统、细菌的趋化性等代谢通路的调控。【结论】该研究结果可为今后深入探讨zntR转录因子参与细菌生理功能的调控机制提供理论依据。     

Bacteriophage-mediated interference of the c-di-GMP signalling pathway in Pseudomonas aeruginosa

C-di-GMP is a key signalling molecule which impacts bacterial motility and biofilm formation and is formed by the condensation of two GTP molecules by a diguanylate cyclase. We here describe the identification and characterization of a family of bacteriophage-encoded peptides that directly impact c-di-GMP signalling in Pseudomonas aeruginosa. These phage proteins target Pseudomonas diguanylate cyclase YfiN by direct protein interaction (termed YIPs, YfiN Interacting Peptides). YIPs induce an increase of c-di-GMP production in the host cell, resulting in a decrease in motility and an increase in biofilm mass in P. aeruginosa. A dynamic analysis of the biofilm morphology indicates a denser biofilm structure after induction of the phage protein. This intracellular signalling interference strategy by a lytic phage constitutes an unexplored phage-based mechanism of metabolic regulation and could potentially serve as inspiration for the development of molecules that interfere with biofilm formation in P. aeruginosa and other pathogens.     

Rhamnolipid but not motility is associated with the initiation of biofilm seeding dispersal of Pseudomonas aeruginosa strain PA17

Seeding dispersal is an active detachment exhibit in aging Pseudomonas aeruginosa biofilm. Yet, effect factors of this process in the biofilm of clinical isolated mucoid P. aeruginosa strain remain to be better characterized. In our previous work, one mucoid P. earuginosa strain PA17 was isolated from a patient with recurrent pulmonary infection. In this study, confocal scanning laser microscope combined with LIVE/DEAD viability staining revealed that PA17 biofilm exhibited earlier seeding dispersal than non-mucoid PAO1. We further compared the motility and the expression of motility-associated gene during biofilm development between PA17 and PAO1. PA17 was found to be impaired in all three kinds of motility compared to PAO1. Moreover, we investigated the expression of rhamnolipid-associated genes in PA17 and PAO1 biofilm. The expression of these genes was in accordance with the process of seeding dispersal. Our results indicated that rhamnolipid but not motility is associated with the initiation of seeding dispersal of PA17 biofilm.     

茎瘤固氮根瘤菌ORS571中motA基因的功能分析

[目的] MotA是细菌的鞭毛马达蛋白,是跨膜质子通道的重要组成结构之一,在调控鞭毛运动中具有至关重要的作用。本研究探究了Azorhizobium caulinodans ORS571中鞭毛马达基因motA对菌株表型和植物互作的影响。[方法] 通过同源重组原理和三亲接合转移方法构建突变菌株∆motA,测定野生型与突变体在菌体生长、运动、固氮、胞外多糖合成、生物膜形成及根系定殖能力的差异。[结果] 与野生型相比,突变体菌体生长没有明显差异,但其运动能力完全丧失,固氮、胞外多糖合成、生物膜形成及根系定殖能力减弱。[结论] MotA鞭毛马达蛋白对A.caulinodans ORS571的运动、固氮、胞外多糖合成、生物膜形成及根系定殖能力均有调控作用。