医学院校“医学微生物学”本科教学改革的探索和实践

"医学微生物学"是医学院校本科生的重要基础课。上海交通大学医学院的"医学微生物学"自2005年获评为国家级精品课程后,仍持续深入改革,通过加强教学团队建设,探索新型教学方法,紧密结合临床资源及引入多元化考核方式,为实现"知识能力型"人才培养目标进行了许多有益的尝试。     

头状链轮丝菌（Streptoverticillum caespitosus）ATCC27422染色体复制起始区（oriC）的序列分析与功能研究

头状链轮丝菌(Streptoverticillum caespitosus)ATCC27422染色体复制起始区(oriC)内共有22个DnaA盒结构;其中第21、22个DnaA盒彼此方向相反、相互重叠8个碱基。放线菌oriC数据库搜索发现,这种重叠DnaA盒在抗生素链霉菌、结核分枝杆菌等几种放线菌中也同样存在。在分枝杆菌中一般由第1、2个DnaA盒组成,而在链霉菌中由最后的两个DnaA盒(第21、22)组成。重叠DnaA盒保守序列为CTGTGCACAA,长度为10个碱基,即由于重叠的缘故比正常DnaA盒长1个碱基。通过测量载体对变铅青链霉菌的转化效率研究了oriC不同部位在染色体复制起始中的功能和地位。头状链轮丝菌oriC序列的5′端1～188位的片段虽然不包含有DnaA盒结构,但该片段的缺失,造成oriC复制起始功能的完全丧失。3′端793～939位片段同样没有DnaA盒结构,该片段的缺失,仅发生转化效率的降低约40％,说明oriC的793～939位序列对DNA复制起始效率以及复制子稳定性起重要作用。当oniC被克隆人载体时两端各带有一段dnaA、dnaN基因的部分序列,所构建的载体虽然转化效率较低,但转化子的菌落、菌丝形态与宿主菌原有的表型相接近,由此推断oriC两端的序列除了编码各自产物外,可能通过影响染色体DNA复制的起始效率、复制子稳定性等对染色体的复制起始发挥顺式调控作用。     

力复霉素产生菌地中海拟无枝菌酸菌U32丙氨酸脱氢酶基因克隆及表达

丙氨酸脱氢酶(EC1411)可逆催化丙氨酸脱氨生成丙酮酸和NADH。它是生物体内的氨基酸代谢和氨同化途径的关键酶。在地中海拟无枝菌酸菌(Amycolatopsis mediterranei)U32中,丙氨酸脱氢酶的活力与力复霉素的生物合成有负相关现象,其活力受KNO3全局效应的调控。根据结核分枝杆菌(Mycobacterium tuberculosis)和天蓝链霉菌(Streptomyces coelicolor)的丙氨酸脱氢酶氨基酸的保守序列和地中海拟无枝菌酸菌U32对氨基酸密码子的使用偏好,设计一对简并PCR引物。以此引物从地中海拟无枝菌酸菌U32中扩增到一555bp的片段,并以此片段为探针从地中海拟无枝菌酸菌U32 基因组cosmid文库中成功的克隆到了丙氨酸脱氢酶结构基因(ald)。它编码了一个371个氨基酸的蛋白质,基因的GC含量为72.5％,符合链霉菌的基因结构特征。在起始密码子的上游6个碱基处,有一典型的链霉菌核糖体结合位点(RBS)：AGGAGG,第75位的氨基酸为赖氨酸,是丙酮酸结合位点。以pET28b为载体,在E.coli BL21(DE3)中高效表达了ald基因。用IPTG在22℃时诱导得到的丙氨酸脱氢酶活力最高。用HisTag柱纯化了表达的丙氨酸脱氢酶。酶学性质研究表明该酶专一性以LAla和NAD(H)为底物。     

除虫链霉菌复制起始区克隆和功能初步分析

真细菌在复制起始区附近的基因排布顺序相当保守。根据DnaA和DnaN的氨基酸保守序列及链霉菌对密码子的偏用性 ,设计简并引物 ,以除虫链霉菌基因组DNA为模板扩增出一条约 1.4kb的片段。序列分析表明该片段含有部分的dnaA及dnaN基因 ,并在这两个基因之间有一段非编码区 ,其上有 19个典型的DnaA盒 ,推测是除虫链霉菌的复制起始区 (oriC)。与其他链霉菌已知的oriC作比较后发现除虫链霉菌的DnaA盒在位置、方向及间隔区的长度上都高度保守 ,并归纳出其保守序列为 (T/C) (T/C) (G/A/C)TCCACA(有下划线的碱基在该位置出现频率较高 )。将这段oriC插入到仅能在大肠杆菌中复制的质粒pQC15 6中 ,重组质粒可以成功转化变铅青链霉菌ZX7。对oriC分段研究发现其 3′部分对质粒的稳定性及转化效率有促进作用。     

地中海拟无枝菌酸菌U32中生物素羧基载体蛋白结构基因的克隆、表达及转录

乙酰辅酶A羧化酶(Acetyl CoA Carboxylase EC 6.4.1.2, ACC)催化依赖于ATP的乙酰辅酶A羧化形成丙二酸单酰辅酶A,该反应是脂肪酸生物合成途径中的第一步,也是受到调控的关键一步。根据结核分枝杆菌(M. tuberculosis)和天蓝色链霉菌(S. coelicolor)中ACC-α亚基的氨基酸保守序列和地中海拟无枝菌酸菌U32对氨基酸密码子的使用偏好,设计简并引物以U32基因组DNA为模板扩增出一条约250bp的片段,并以此片段作探针成功地从U32基因组cosmid文库中克隆到相应的ACC-α亚基的编码基因accA。该基因对应的ORF长1797bp,编码一个598个氨基酸的蛋白,推算出的分子量是63,714Da;基因G+C mol%含量为70.1%,符合U32基因结构特征,距起始密码子GTG上游6个碱基处有链霉菌典型的RBS序列AGGAGG,并有生物素羧化酶特征的ATP结合区。利用pET28(b)系统构建表达载体,在E. coli BL21(DE3)中实现了accA的诱导表达,产物大部分以可溶形式存在,并通过Western Blot证明该蛋白上确有共价结合的生物素。Northern Blot分析了各种氮源对accA基因转录水平的不同影响。     

头状链轮丝菌染色体复制起始区的克隆和对变铅青链霉菌的转化

头状链轮丝菌(Streptoverticillum caespitosus) ATCC27422是抗肿瘤药物——丝裂霉素A的产生菌,根据高GC含量革兰氏阳性菌染色体复制起始区两端基因序列的保守性,采用PCR方法从该菌中克隆了一段包含染色体复制起始区(oriC)的1.3 kb片段。序列分析发现,克隆片段与天蓝色链霉菌的oriC及邻近区域的同源性达80％以上;头状链轮丝菌oriC中含有22个DnaA-box,保守序列为TTGTCCACA。以克隆片段构建的质粒可以跨属转化变铅青链霉菌(S. lividans)ZX7,原生质体转化效率为3.2×10²个/μgDNA;质粒在S. lividans ZX7中能以低拷贝形式稳定存在;转化子的菌落和菌丝形态均正常。头状链轮丝菌oriC序列与几种链霉菌的oriC有较高的同源性,以及在变铅青链霉菌中仍具有复制起始活性等说明链轮丝菌属与链霉菌属在系统发生上关系较近;但采用最大似然法分析oriC序列构建的头状链轮丝菌与几种链霉菌的系统进化树表明,头状链轮丝菌与几种链霉菌之间的分化距离远大于链霉菌之间的分化距离。该证据支持链轮丝菌属的独立分属。