大肠杆菌抗噬菌体基因的挖掘及其抗噬菌体菌株的构建

【目的】噬菌体是工业发酵侵染底盘细胞的专一性病毒，由于其广泛存在以及难以根除，极大影响了发酵生产，从基因水平进行抗噬菌体基因的挖掘以及功能验证可以显著增强底盘细胞的抗噬菌体的能力，从而达到从源头上抵御噬菌体污染的目的。为了选育具有噬菌体抗性的工程菌株，本研究旨在分析选取抗噬菌体的基因以及构建抗噬菌体的工程菌株。【方法】采用共进化筛选、重测序手段、重组菌株构建以及噬菌体侵染的敏感验证实验等方法，获得具有抗噬菌体属性的工程菌株。【结果】实验通过共进化共筛选得到7株抗噬菌体驯化菌株，基因组重测序以及Annovar软件分析，发现了12个基因发生位点突变，选取位点突变频率较高的dnaE (DNA聚合酶III亚基α)、yhjH (环状二GMP磷酸二酯酶)及rzoD (假定的噬菌体裂解脂蛋白) 3个基因分析对噬菌体的抗性，突变基因过表达菌株对噬菌体BL21 Virus 01、BL21 Virus 02、BL21 Virus 06、T1和T7具有明显的抗性；吸附率测定结果表明，基因dnaE和yhjH影响噬菌体复制，而基因rzoD突变影响噬菌体吸附过程。使用定量PCR进一步分析突变基因dnaE和yhjH对噬菌体的抗性作用，结果表明基因dnaE、yhjH突变影响噬菌体基因组BL21 Virus 01的复制过程，而rzoD突变影响噬菌体BL21 Virus 01的吸附过程。【结论】基因dnaE、yhjH、rzoD的位点突变能够有效抵御噬菌体的侵染，同时含有3个位点突变的工程菌株BC11具有较广范围内的噬菌体抗性，是潜在的抗噬菌体底盘细胞。本研究为抗噬菌体基因挖掘与初步解析以及开发抗噬菌体工程菌株提供借鉴。     

噬菌体作为指示病毒的应用研究进展北大核心

噬菌体是一类专性侵染细菌的病毒,在形态大小、结构组成等生物特性上与高等生物病毒具有相似性,同时噬菌体实验室操作技术简单,安全性高,在培养、计数、稳定性和灵敏度等方面具有非常大的优势。因此,将噬菌体作为指示生物模拟或替代高等生物病毒的研究和应用已开始受到国内外研究人员的关注,并取得一定进展。本文论述了噬菌体作为指示病毒的优势,并对噬菌体在病毒过滤去除效果评价、消毒效果评价、病毒传播规律研究、环境及水质监测等领域的研究和应用进行了总结分析,综述了噬菌体在各领域应用的可行性证据、应用案例及难点问题,并结合噬菌体作为指示病毒的不足之处,对进一步以噬菌体作为指示病毒的研究和应用提出建议和展望。     

一株枯草芽孢杆菌原噬菌体Bsu-yong1的基因组分析

【目的】枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）是在自然界中广泛存在的革兰氏阳性菌，其抗逆性极强，能抑制大多数有害菌的繁殖，是常用的产酶菌，用其生产的蛋白酶、淀粉酶占全球工业酶产量的50%。原噬菌体（prophage）整合在宿主基因组中，可为宿主提供基因和生物学功能，非常具有研究价值。以往，有关B. subtilis原噬菌体的报道主要集中于缺陷型原噬菌体（defective prophage），本研究对一株非缺陷型活性原噬菌体（active prophage）的基因组进行解析，以扩充对非缺陷型原噬菌体的认知。【方法】使用丝裂霉素C从枯草芽孢杆菌中诱导一株噬菌体，命名为Bacillus phage Bsu-yong1（简称Bsu-yong1）。对Bsu-yong1进行负染、透射电镜（transmission electron microscopy，TEM）观察，用Illumina MiSeq测定其基因组序列、综合运用生物信息学工具对其进行基因功能注释和系统进化分析。【结果】Bsu-yong1与PBSX类缺陷型原噬菌体在形态上相似，但Bsu-yong1具有完整的噬菌体基因组，这与缺陷型原噬菌体不同，后者在包装过程中不能正确包裹自身的基因组，而是随机包裹一段宿主染色体。Bsu-yong1基因组全长为43 590 bp，G+C含量为41%，含有62个开放阅读框（open reading frame，ORF），呈模块化分布。Bsu-yong1拥有基因编码T7SS效应器LXG多态性毒素（T7SS effector LXG polymorphic toxin）、ImmA/IrrE蛋白和SMI1/KNR4蛋白。前二者为细菌毒素（toxin），后者为抗毒素（antitoxin），toxin-antitoxin是细菌免疫系统重要成员，参与菌间竞争与环境适应。此前，尚未有编码LXG polymorphic toxin的基因在噬菌体中被发现和报道。在基于全基因组比对构建的蛋白谱进化树（proteomic tree）中，Bsu-yong1与噬菌体sv105、rho14、vB_BteM-A9Y聚集形成一个独立的进化支（clade），基因组比对显示它们基因组的复制与调控模块具有高度保守性，它们共享29个核心基因（core gene），均具有PBSX样形态特征。Bsu-yong1与其他噬菌体的进化距离较远。将Bsu-yong1与所有噬菌体进行比对，得到的成对序列比较（pairwise sequence comparison，PASC）最大值为46.72%，小于属边界值（70%）。【结论】vB_Bsu-yong1在有尾纲中代表一个新的未知的属；建议构建一个新的科（family），该科由Bsu-yong1与噬菌体sv105、rho14、vB_BteM-A9Y组成。vB_Bsu-yong携带免疫相关基因，它可能有利于宿主在菌间竞争中获胜和适应环境。本研究丰富了噬菌体基因数据库，拓展了对芽孢杆菌活性原噬菌体的认知。     

噬菌体Z基因组生物合成通路的研究进展

噬菌体基因组中存在丰富的碱基修饰，主要用于逃避宿主内切酶的切割。40多年前，在蓝藻噬菌体S-2L的DNA中，研究者发现2-氨基腺嘌呤(Z)完全取代腺嘌呤(A)，与胸腺嘧啶(T)形成具有三根氢键的互补配对，形成了特殊的Z基因组。近年来，研究者在多个噬菌体中发现并证实了噬菌体Z基因组生物合成通路。该通路是一个多酶系统，其中包含由噬菌体DNA编码的2-氨基脱氧腺苷琥珀酸合成酶(PurZ)、脱氧腺苷三磷酸水解酶(dATPase/DatZ)、脱氧腺苷/脱氧鸟苷三磷酸的焦磷酸水解酶(DUF550/MazZ)和DNA聚合酶(DpoZ)。本文在简述噬菌体中各种修饰核苷发现历史的基础上，详细介绍了Z基因组生物合成通路中多种酶的研究进展，最后对Z基因组及其合成通路中多种酶的应用进行了展望，以期为该领域的研究提供借鉴和参考。     

Structural analysis and molecular modeling of two antitrichosanthin IgE clones from phage antibody library

Recently we constructed a murine IgE phage surface display library and screened out two IgE (Fab) clones with specific binding activity to Trichosanthin (TCS).In this work,the Vε and Vκ genes of the two clones were sequenced and their putative germline gene usages were studied.On the basis of the known 3D structure of Trichosanthin and antibody,molecular modeling was carried out to study the antigen-antibody interaction.The possible antigenic determinant sites on the surface of TCS recognized by both the clones were analyzed,and the reaction forces between TCS and two Fab fragments were also analyzed respectively.     

噬菌体与抗生素联合疗法的可行性与挑战

噬菌体是能特异性感染细菌的病毒，自发现以来一直被用作抗菌药物。但随着抗生素的广泛使用，噬菌体疗法逐渐被淡忘。目前，抗生素耐药性（尤其是多药耐药）的出现，严重威胁着患者的生命和健康，抗生素耐药已成为一个全球性的公共卫生问题，因此寻找新的治疗方法非常必要。在西方国家长期被忽视的噬菌体疗法，如今正重现生机。本文通过查阅国内外大量病例，对噬菌体与抗生素联合治疗的一些实例进行了讨论，阐述了这种双重治疗的可行性，指出其面临的挑战，并且还阐述了噬菌体和抗生素之间可能存在的作用机制。     

基因工程技术在建立噬菌体抗性机制研究中的应用

在自然发生的噬菌体抗性机制的基础上,应用基因工程技术可以建立广泛的噬菌体抗性机制,为有效解决噬菌体感染问题提供了新的策略。噬菌体编码的抗性、反义RNA技术、自杀陷阱及限制/修饰系统的应用是近年来发展起来的几种抗噬菌体策略,着重对其作用机制、研究进展及其意义作一介绍。同时指出应用基因工程技术构建的噬菌体抗性菌株应用于食品发酵工业中所存在的问题,并对其应用前景作了展望。     

大肠杆菌O157:H7中编码vt2基因的噬菌体的分离与鉴定

根据GenBank中VT1、VT2毒素的基因序列设计合成2对引物,以大肠杆菌O157H7菌株DNA为模板,扩增vt1、vt2.诱导只扩增出vt2的菌株释放噬菌体,利用多种指示菌经双层琼脂平板法来分离纯化VT2噬菌体,观察噬菌斑的特征,提纯病毒粒子进行电镜观察,并对噬菌体中vt2基因检测、克隆和序列分析.结果显示VT2噬菌体感染MC1061在双层琼脂平板上形成的噬菌斑小而混浊,多呈磨玻璃样;而首次感染大肠杆菌CC118(λpir),此后用MC1061分离的噬菌体,再以MC1061为指示菌,在双层琼脂平板上形成小而清晰透明的噬菌斑.电镜下噬菌体头部呈六边形外廓,尾部细长无尾鞘结构.以噬菌体DNA为模板进行PCR扩增,检测到vt2特异性DNA带,克隆的vt2基因序列与GenBank中编码VT2毒素的核苷酸序列(X07865,NC_002655,BA000007,AF291819)的同源性分别达到99%,确定编码VT2毒素的基因位于噬菌体上,并获得VT2噬菌体()HY.     

Construction of normal human IgE phage antibody library and the screening of the anti—trichosanthin IgE

Allergen specific IgE response is the major cause of immediate hypersensitivity.However the number of IgEproducing B cells and the amount of IgE,especially the specific IgE,are so low,it greatly impedes the study of the allergic-specifc antibody responses.Here we report the construction of a normal human IgE combinatorial library.The repertoire of IgE VH genes and of κ genes were separately amplified from normal human peripheral blood lymphocytes through RT-PCR,and were then constructed to form the phage surface display human Fab(IgEVH) library.A plant protein allergen,trichosanthin(TCS),was used to affinity-enrich and to screen the anti-TCS phage HuFab clones from the library.Human IgE(Fab) to TCS were detected.