假单胞菌生物被膜核心胞外多糖生物合成系统研究进展

胞外多糖是假单胞菌生物被膜的重要组成部分,能增强菌体对外界环境、抗菌剂和宿主防御的耐受性.假单胞菌能产生3种与生物被膜形成密切相关的核心胞外多糖:褐藻胶、Psl和Pel,它们在细菌细胞中的合成和转运分别依赖对应的褐藻胶、Psl和Pel生物合成系统.因此,本综述系统全面地总结了假单胞菌3种胞外多糖生物合成系统结构生物学的...     

Dispersin B:一种可用于生物被膜防治的糖苷水解酶

β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(dispersin B, DspB)是一种活性高、稳定性强的糖苷水解酶,其相对分子质量为40 000。DspB由361个氨基酸残基组成,具有8个β/a结构域,折叠后形成TIM桶状结构。其中,β4结构域存在高度保守的位点Asp183和Glu184。作为糖苷水解酶家族20(glycoside hydrolase family 20, GH20)成员,DspB不像其他β-己糖胺酶那样具有多个功能域,DspB只有单一的功能域,且具有独特的底物专一性、底物结合与释放特性。由于DspB能够水解细菌生物被膜基质中的聚β-(1,6)-N-乙酰葡萄糖胺(poly-β-1,6-N-acetyl-D-glucosamine, PNAG),使生物被膜发生解聚而变成游离状态,增加抗生素疗效,因此有望用于细菌引起的植入医疗器械感染的治疗。现分别从DspB所在GH20家族成员概况、DspB的结构和DspB的功能与应用三个方面对相关的最新研究进展进行分析与总结。     

发酵乳杆菌CSC-19胞外粗多糖提取物抑制单核细胞增生李斯特菌生物被膜形成能力的研究

【目的】筛选能有效抑制单核细胞增生李斯特菌(Listeria monocytogenes,LM)形成生物被膜的乳酸菌,分析其活性成分并进行功能表征。【方法】采用结晶紫染色法筛选抑制LM形成生物被膜的不同乳酸菌提取物;通过酸中和、蛋白酶处理及热处理,推测抑制生物被膜活性物质以胞外多糖(extracellular crude polysaccharide,ECP)为主;乙醇沉淀法提取目标乳酸菌分离株胞外粗多糖,分析其抑制生物被膜形成活性和对LM生长的影响;运用激光共聚焦扫描显微镜(laser confocal scanning microscopy,LCSM)和扫描电子显微镜(scanning electron microscopy,SEM)观察胞外粗多糖对生物被膜细胞形态和结构的影响。【结果】发酵乳杆菌CSC-19发酵上清液对1516-2LM生物被膜的抑制率为81.7%;经热和蛋白酶处理后,发酵上清抑制生物被膜形成的活性未发生显著变化(P>0.05),表明发酵上清液中抑制生物被膜形成的物质可能为胞外多糖;在不抑制LM生长的条件下所提取的胞外粗多糖抑制生物被膜形成能力具有浓度依赖性。激光共聚焦扫描显微镜和扫描电子显微镜结果显示,胞外粗多糖显著抑制了生物被膜的形成能力,生物被膜三维、有组织的蜂窝状结构被破坏,仅有少量的粘附细胞分散于细胞爬片表面。【结论】发酵乳杆菌CSC-19胞外粗多糖能有效抑制LM生物被膜的形成,有望应用于高效防控该菌污染食品。     

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。     

海假交替单胞菌fliC-02330基因缺失影响生物被膜形成及厚壳贻贝幼虫附着变态

【背景】假交替单胞菌属是一种广泛分布于海洋环境的革兰氏阴性细菌,存在于海底沉积物中,能分泌大量的胞外产物形成海洋微生物被膜,从而诱导海洋无脊椎动物的附着。【目的】探究海假交替单胞菌鞭毛蛋白fliC基因对生物被膜形成及厚壳贻贝诱导活性的影响。【方法】通过基因敲除构建海假交替单胞菌fliC-02330基因缺失突变菌,研究突变菌和野生菌菌落形态、生物被膜形成能力、胞外物质以及对厚壳贻贝幼虫附着变态的诱导能力等的差异性。【结果】与野生菌相比,突变菌菌落表型出现褶皱,运动能力下降,形成被膜膜厚增加,以及对幼虫附着变态诱导活性下降。共聚焦扫描发现,fliC-02330基因缺失突变菌胞外多糖含量下降,而蛋白含量上升。【结论】海假交替单胞菌鞭毛蛋白fliC-02330基因缺失促进生物被膜形成,但抑制厚壳贻贝幼虫附着变态。本研究为探究细菌鞭毛蛋白基因与厚壳贻贝幼虫的作用机制,以及后续进一步探索微生物参与海洋无脊椎动物附着变态提供一定的理论依据。     

棘孢木霉糖苷水解酶3基因家族的生物信息学及表达模式分析

【背景】糖苷水解酶(glycoside hydrolase, GH) 3基因家族成员主要编码胞外β-葡萄糖苷酶,是纤维素降解中的关键酶。【目的】鉴定棘孢木霉GH3基因家族成员,探究其在纤维素降解过程中转录水平的表达模式。【方法】通过生物信息学方法对棘孢木霉GH3基因家族成员进行鉴定,对其基因结构、系统进化、蛋白理化性质、亚细胞定位及蛋白质三级结构进行分析,并采用荧光定量PCR技术对纤维素诱导下转录水平的表达模式进行综合分析。【结果】棘孢木霉基因组共鉴定到16个GH3基因家族成员,含有1-8个外显子,编码蛋白质长度为533-934个氨基酸,分子量为57.82-101.91 kDa,大多数为胞外蛋白。系统发育表明,该基因家族成员可分为4组,与里氏木霉的相似性较高。基因表达模式分析表明,纤维素诱导下,16个GH3基因均有表达,但不同成员在转录水平的表达存在差异。其中,1个基因呈组成型表达,2个基因表达下调,13个基因表达上调。棘孢木霉的胞外β-葡萄糖苷酶活力在纤维素诱导下明显提升,与GH3基因家族成员在转录水平的整体表达模式相一致。【结论】棘孢木霉基因组共包含16个GH3基因家族成员,而且多...     

十二烷基苯磺酸钠对引发内置物感染表皮葡萄球菌生物被膜的作用

【背景】随着医用内置物的广泛使用,由表皮葡萄球菌生物被膜导致的医院获得性感染不断增多,目前鲜见关于表面活性剂针对表皮葡萄球菌生物被膜作用的报道。【目的】通过研究阴离子型表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(sodium dodecyl benzene sulfonate,SDBS)分别对ATCC 35984 (产膜表皮葡萄球菌标准株)生物被膜的清除、生物被膜内细菌代谢和形成生物被膜的关键物质多糖胞间黏附素(polysaccharide intercellular adhesion,PIA)产生的影响,为临床使用SDBS防治由表皮葡萄球菌生物被膜引起的相关感染提供可靠的理论及实践依据。【方法】利用XTT减低法,评价SDBS对ATCC 35984已形成生物被膜的清除效率及对生物被膜内细菌代谢的影响;激光共聚焦显微镜观察SDBS对生物被膜作用的效果;采用刚果红培养基观察SDBS对PIA产生的影响。【结果】浓度为256、128、64、32、16 mg/L的SDBS在作用6、12、24 h时,对ATCC 35984的生物被膜均有显著的清除效率(P0.01);浓度为32 mg/L时对生物被膜内细菌的代谢有显著抑制作用(P0.05),并随作用浓度的增加而增强;激光共聚焦显微镜观察显示256、128、64 mg/L的SDBS对生物被膜的清除效率较为理想,SDBS浓度为64、32 mg/L时对PIA的形成无明显抑制作用。【结论】SDBS对表皮葡萄球菌生物被膜内细菌的代谢有显著抑制作用,对生物被膜形态结构有显著破坏作用。     

副溶血性弧菌-霍乱弧菌混合生物被膜形成过程研究

【目的】研究副溶血性弧菌(Vibrioparahaemolyticus,VP)和霍乱弧菌(Vibriocholera,VC)混合生物被膜的形成过程。【方法】在4、8、12、24、36、48、60、72 h测定单独条件下VP、VC及其混合后生物被膜的形成情况,通过结晶紫染色法、平板菌落计数法、测定胞外多糖、胞外蛋白,通过荧光原位杂交(FISH)观察混合生物被膜形成。【结果】虽然形成的混合生物被膜量介于VC和VP之间,但混合生物被膜在形成过程中,成熟期后生物被膜量的变化较小,对环境的抗性增强。混合生物被膜中拥有更多的活菌,混合生物被膜形成过程中胞外蛋白和胞外多糖的变化体现出其可能在对抵御不适应环境中起重要作用,通过FISH可观察到不同时期生物被膜的变化过程。【结论】VC与VP共同形成生物被膜的过程中,混合生物被膜总量虽然减少,但混合生物被膜中拥有更多的活菌,这可能引起更大的危害。研究混合生物被膜形成过程中被膜的变化,可为有害生物被膜的控制提供基础。     

冷激条件下预形成副溶血性弧菌生物被膜的发展变化

【目的】生物被膜可附着在食品或医药生物材料表面引起持续性的感染,而现今极少有关于温度变化对预形成生物被膜影响的研究。本文分析了冷激条件下副溶血性弧菌预形成生物被膜的发展变化。【方法】以改进的结晶紫染色法检测生物被膜总量,以改进的超声法和Lowry法量化胞外多糖和蛋白质,以RNA试剂盒提取并纯化生物被膜形成的相关基因。同时,激光共聚焦扫描显微镜直观显示了冷激条件下预形成生物被膜形态结构的变化,并深入分析了生物被膜结构的变化,以及生物被膜结构参数和基因转录的相关性。【结果】在冷激条件下,副溶血性弧菌生物被膜总量增加,同时,副溶血性弧菌预形成的生物被膜胞外多聚物的主要成分胞外多糖和蛋白质也逐渐增加,被膜形成相关鞭毛基因和毒力基因的转录活跃。生物被膜的平均厚度(MT)、平均扩散距离(ADD)、孔隙率(P)、生物被膜粗糙度(BR)和均匀性(H)在冷激过程中也发生了变化,同时这些参数之间存在显著相关性(P<0.01),而生物被膜结构参数与生物被膜相关基因转录的相关性较弱(P<0.05)。【结论】因此,4°C和10°C冷激不能完全抑制副溶血性弧菌预形成生物被膜的生长,风险评估人员在制定控制食源性感染风险的战略时应考虑到这一因素。     

藤椒精油对腐败解淀粉芽孢杆菌DY1a生物被膜的抑制作用

【背景】芽孢杆菌是豆制品的重要腐败菌,在气液界面形成生物膜,对产品生产带来持续污染。【目的】探讨藤椒精油(Zanthoxylum armatum DC.essential oil,ZA-EO)对腐败解淀粉芽孢杆菌DY1a菌体及生物被膜的抑制作用与机制。【方法】采用气相色谱-质谱(gas chromatography-mass spectrometer,GC-MS)分析藤椒精油主要成分与相对含量,通过二倍稀释法测定藤椒精油对菌株的最低抑菌浓度(minimum inhibitory concentration,MIC)和最低杀菌浓度(minimum bactericidal concentration,MBC),并分析精油对腐败菌胞外蛋白酶活性、腐败菌生物被膜形成抑制及成熟生物被膜的清除作用,采用扫描电镜结合三维光学显微镜分析生物被膜形貌结构变化,测定生物被膜胞外聚合物(extracellular polymeric substance,EPS)多糖与蛋白质含量变化;并通过细菌运动能力、细胞黏附及自聚集能力、细胞表面疏水性和Zeta电位来初步探讨藤椒精油对生物被膜的抑制机理。【结果】藤椒精...     

Selection with two alleles and complete dominance

For a plant selection model with frequency-independent viabilities, fertilities and selfing rates, it is shown that apart from global fixation, for certain parameter combinations a protected polymorphism and facultative fixation (either allele may become fixed according to initial frequencies) may both occur. Facultative fixation requires different selling rates for the dominant and recessive type. Protection of the polymorphism requires resource allocation for male and female function. In this connection the problem of purely genetically caused population extinction is discussed.
For general frequency dependence and regular segregation, the chances for establishment of a completely recessive gene are compared to those of a completely dominant gene. It is proven that the process of establishment of the recessive gene, despite a fitness advantage, may be considerably endangered by drift effects if random mating prevails. The recessive gene may reach the same effectivity in establishment as a dominant gene, only if the recessive homozygote mates exclusively with its own type during the period of establishment.     

杆状病毒出芽病毒粒子膜融合蛋白的研究进展

杆状病毒是一类感染节肢动物的病原微生物,其基因组为双链环状DNA,大小为80～180kb.     

Inception of the Modern Public Health System in China and Perspectives for Effective Control of Emerging Infectious Diseases: In Commemoration of the 140th Anniversary of the Birth of the Plague Fighter Dr. Wu Lien-Teh

In this article, we systematically review Dr. Wu Lien-Teh's academic achievements and outstanding contributions in the prevention and control of the plague epidemic in northeast China and introduce the development of the earliest public health epidemic prevention system in China in order to commemorate the 140th anniversary of Dr. Wu Lien-Teh's birth. We hope that this article will provide insights into the effective prevention and control of emerging infectious diseases as well as the current worldwide pandemic of COVID-19, facilitating the improvement and development of public health systems in China and around the globe.