结核分枝杆菌硫醇乙酰基转移酶基因敲除株的构建及其生物学特性分析

为探索硫醇乙酰基转移酶(mycothiol acetyltransferase,MshD)在结核分枝杆菌中的生物学特性,本实验利用噬菌体为载体的同源重组技术,构建结核分枝杆菌mshD基因敲除株、mshD基因回补株,用实时定量聚合酶链反应(real time-quantitative polymerase chain reaction, RT-qPCR)对所构建的菌株进行验证。分别收集H37Ra野生株、mshD基因敲除株、mshD基因回补株对数生长期菌液各5 mL, 离心收集菌体并培养,以观察菌落形态、生物膜形成及生长曲线测定;用5 mmol/L H₂O₂、0.05% SDS,50 ℃热激及低氧条件下分别处理基因敲出菌株和野生菌株,将菌液进行10倍梯度稀释,培养4～6周后检测抗胁迫能力并计算存活率。结果显示, 与野生株H37Ra相比,mshD基因敲除株菌落褶皱减少且菌落偏小,生长趋势较为缓慢;生物膜形成所需时间增长且褶皱明显减少;抗逆能力下降,存活率略低于野生株和回补株。揭示了mshD基因对结核分枝杆菌的生长具有重要作用,为进一步揭示该基因的功能和作用机制奠定了基础。     

一种改良的分枝菌酸提取及其非放射性TLC检测方法

分枝菌酸(mycolic acid, MA)是存在于分枝杆菌细胞壁中的独特长链脂肪酸,与分枝杆菌(mycobacterium)抵御不利环境、耐受抗生素和逃避宿主免疫密切相关,是较热门的抗结核药物筛选的靶点。MA的检测方法主要有放射性薄层层析(thin-layer chromatography, TLC)和液相色谱-质谱(liquid chromatograph mass spectrometer, LC-MS),受放射性元素使用资质和标准品等的限制,MA分析是分枝杆菌相关研究的一个难点。本研究采用一种普通薄层层析技术,并对使用四丁基氢氧化铵溶液水解酯化的分枝菌酸,将其甲酯化后再用无水乙醚萃取分枝菌酸甲酯的操作步骤进行改良,使分枝杆菌的MA提取及分析可在常规生物实验室中开展。研究通过比较不同分枝杆菌及不同生长时期的MA成分与亚型特征、检测靶向分枝菌酸合成通路的抗结核药物对细菌MA合成影响以及分枝杆菌突变株对结核分枝杆菌(Mycobacterium tuberculosis, Mtb) H37Ra分枝菌酸合成影响等基础和应用研究的3个方面,进一步验证该方法在分枝杆菌MA分析中的实用性。结果表明该方法在不使用放射性元素和缺少标准品情况下可简便快速地分析MA及亚型特征,可广泛用于新型抗分枝杆菌药物筛选靶向分枝菌酸合成通路机制及基础研究中MA相关的分析和应用。     

新型抗结核活性化合物H37Ra的耐药菌筛选及其菌落表型

ATB-152E和ATB-152J为本实验室前期研究获得的具有良好抗结核活性的两种结构类似的小分子化合物,本文就其作用靶标及耐药机制进行探索。采用含药平板涂板筛选以及平板划线培养法逐步提高化合物浓度,分别筛选出结核分枝杆菌ATB-152E和ATB-152J耐药菌株。选取有代表性的耐药菌株,用微孔法测定结核分枝杆菌的最小抑菌浓度,分别对它们的菌落形态、生物膜形成等表型进行观察并与野生株进行比较。通过不断提高化合物筛选浓度最终筛选到ATB-152E耐药菌株17株、ATB-152J耐药菌株15株,这两种化合物的耐药频率均为10^－7。生长表型结果显示,与野生株结核分枝杆菌相比,ATB-152E耐药菌菌落褶皱变多,ATB-152J耐药菌菌落形态更为扁平,褶皱变少。耐药菌的生物膜形成所需时间与野生株也存在差异,提示活性化合物耐药菌的突变可能导致细菌脂质代谢异常。ATB-152E和ATB-152J耐药菌的获得,为后续深入探索这两种具有良好抗结核活性化合物的作用机制奠定了基础。     

耻垢分枝杆菌EF-G敲低菌株的构建和耐药分析北大核心CSCD

GTPase延伸因子G(elongation factor G,EF-G)是蛋白质翻译过程中重要的翻译因子。作为唯一在翻译延伸和核糖体再生2个翻译环节发挥重要功能的翻译因子,EF-G成为潜在的抗菌药物作用靶点。耻垢分枝杆菌(Mycobacterium smegmetics,Msm)和结核分枝杆菌(Mycobacterium tuberculosis,Mtb)基因组中均存在2个EF-G同源编码基因,分别为Msm EFG1(MSMEG_1400)和Msm EFG2(MSMEG_6535),fusA1(Rv0684)和fusA2(Rv0120c)。基因突变库和生物信息学推测Msm EFG1(MSMEG_1400)和fusA1(Rv0684)是生长必需基因。为探究分枝杆菌中EF-G的生物学功能及特点,利用成簇的规律间隔的短回文重复序列干扰(clustered regularly interspaced short palindromic repeats interference,CRISPRi)技术构建了耻垢分枝杆菌中2个EF-G诱导型敲低菌株(Msm-ΔEFG1(KD)和Msm-ΔEFG2(KD)),研究发现EF-G2的敲低对细菌生长无影响,而EF-G1的敲低显著影响分枝杆菌的生长,成膜能力显著减弱、菌落形态显著变化、菌体长度显著增长,推测EF-G可能与细菌的分裂相关。最低抑菌浓度(minimal inhibitory concentration,MIC)实验结果表明,抑制EF-G1的表达可增强分枝杆菌对利福平、异烟肼、红霉素、夫西地酸、卷曲霉素等抗菌药物的敏感性,提示EF-G1可能成为未来抗结核药物筛选的潜在靶标,为探究EF-G在分枝杆菌中的生理功能及作为潜在药物靶标提供基础。     

结核分枝杆菌核糖体蛋白丙氨酸乙酰转移酶过表达菌株的构建及分析

rimI基因编码的核糖体蛋白丙氨酸乙酰转移酶(ribosomal-protein-alanine acetyltransferase,RimI)为结核分枝杆菌GCN5相关N-乙酰转移酶家族成员,其在结核分枝杆菌中的生物学功能尚不十分清楚。为探索RimI的生物学特性及其对结核分枝杆菌致病性的影响,本研究以耻垢分枝杆菌为模式菌,构建过表达结核分枝杆菌rimI基因的重组菌株Msm∷pMV261-rimI。分别培养 Msm∷pMV261-rimI菌株和对照Msm∷pMV261菌株,分析两者生长速率、菌落形态和生物膜形成的差异,以及耐受低氧、低pH值、H₂O₂、二硫苏糖醇(dithiothreitol,DTT)和0.05%～1%十二烷基硫酸钠(sodium dodecyl sulfate,SDS)等逆环境的能力;并将两种菌株分别接种于鼠巨噬细胞RAW264.7,观察两者在巨噬细胞内的存活能力。结果表明,相较于对照菌株,过表达rimI的菌株在生长前中期速率降低,生物膜早期成膜变缓,但不影响生物膜的后期成熟。同时,过表达rimI的菌株抵抗低氧、低pH值、H₂O₂等逆环境的能力增强,在巨噬细胞内的存活能力增强。结果提示,rimI基因对分枝杆菌的生物膜形成、抗逆性及细胞内生存具有重要作用,可能与结核分枝杆菌的毒力密切相关。