铜绿假单胞菌色素代谢相关基因的研究

首次应用Mu转座重组技术研究铜绿假单胞菌色素合成与调控的机制。通过一系列的表型筛选,得到8株色素合成能力改变的突变子。经基因克隆、核苷酸测序研究,证明转座子分别插入到hmgA、ptsP、sucC、phzS、phzF1五个基因中。hmgA基因转座失活导致酪氨酸分解代谢中间产物尿黑酸的积累,后四种情况转座突变显著地影响了铜绿假单胞菌最重要的色素绿脓素（pyocyanin）的合成,其中PhzS和phzF1是绿脓素合成过程中的结构基因,ptsP基因是1个磷酸转移酶系统的重要组分,sucC基因的产物是三羧酸循环中的琥珀酰辅酶A合成酶,对后两个基因在色素合成的调控方面可能起到重要作用的报道尚属首例。     

铜绿假单胞菌水解弹性蛋白能力相关基因的筛选与鉴定

【目的】研究铜绿假单胞菌弹性蛋白水解能力相关基因。【方法】应用人工Mu转座技术构建铜绿假单胞菌野生型菌株PA68的转座突变文库,从2000多个突变子中筛选得到4株弹性蛋白水解能力改变的突变子,并通过克隆及测序获得转座子插入位点侧翼的序列。将铜绿假单胞菌弹性蛋白酶结构基因lasB的转录启始区序列整合入载体pDN19lacΩ并将该重组质粒电转化入野生型菌株PA68及4个突变株中,对报告基因在不同菌株中的表达水平进行测定。【结果】发现4个突变株中Mu转座子分别插入lasA、galU、xcpZ和ptsP 4个基因。ptsP基因失活的突变株中,lasB基因的转录水平是野生型菌株的7%,xcpZ和lasA基因的失活使lasB基因的转录水平分别降低为野生株的54%和75%,galU基因的插入失活使lasB基因的转录上升了1倍。【结论】推测ptsP和galU基因很可能直接或间接地调控着弹性蛋白酶的生物合成。     

铜绿假单胞菌Arr基因突变对生物膜和绿脓菌素合成的影响

为了研究铜绿假单胞菌Arr基因对生物膜和绿脓菌素合成的影响,采用抗庆大霉素基因序列(Gentamycin resistance cassette,aacC1)插入失活的策略构建了铜绿假单胞菌Arr基因突变株PA-AG,通过96孔板静止培养、结晶紫染色的方法检测其生物膜的形成量,利用抽提的方法检测绿脓菌素的合成量。结果在KMB或LB培养基中,突变株PA-AG形成生物膜的量均有所减少,野生株约是突变株的2倍,然而突变株合成绿脓菌素的能力却明显加强,约为野生株的2.5倍。由此推测,铜绿假单胞菌Arr基因在一定程度上促进了生物膜的形成,抑制了绿脓菌素的合成。     

rsmA调控基因的筛选及其相关表型测定

为了筛选对rsm A具有调控功能的相关基因及这些基因对铜绿假单胞菌致病性的影响,通过构建染色体组上整合有rsm A-lux CDABE报道子的铜绿假单胞菌菌株,并以rsm A基因表达为线索进行随机转座突变,利用发光变化筛选出对rsm A基因表达有影响的转座突变体.最终共得到约30000个克隆,经筛选得到20株发光明显变化的突变体,其中rsm A表达增强的有6个克隆,而rsm A表达减弱的有14个克隆.通过随机PCR并对产物测序及比对,最终确定7个被破坏的基因.对致病性相关表型测定,结果表明细菌运动性、绿脓菌素、鼠李糖脂和胞外多糖产量等均受到不同程度的调节.这些基因对rsm A表达有调节作用,并可能通过rsm A影响铜绿假单胞菌的多个致病因子及致病性.     

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。     

铜绿假单胞菌耐药性相关基因的筛选及鉴定

铜绿假单胞菌在人体内能引起严重的感染. 由于铜绿假单胞菌高水平的内在性和获得性耐药性, 使其引起的感染难以治愈. 为解决该问题, 弄清病原菌抗生素抗性的分子机制是一个关键. 本实验构建了含有17000个铜绿假单胞菌转座突变株文库, 并在LB固体平板上, 用7种抗生素在最小抑制浓度(MIC)和1/2MIC条件下, 筛选抗生素抗性发生变化的突变株. 结果确定了43株转座突变株, 每个突变株对至少一种抗生素的敏感性表现出增加3倍或降低1/2的表型. 通过随机PCR和DNA测序, 确定了这些铜绿假单胞菌突变体中转座子在基因组上的插入位点, 确定了被破坏的基因. 其中, 9个是已知的与抗生素抗性相关基因, 包括mexI, mexB和mexR; 24个是以前未知与抗性相关的基因, 包括一个菌毛合成基因pilY1, 这个菌毛合成基因的破坏导致菌株对羧苄青霉素的MIC增加了128倍. 此外, 43个基因中有12个是功能完全未知的基因. 这些基因的筛选鉴定有助于了解铜绿假单胞菌中抗生素抗性的产生机制, 这些基因或许可成为控制或扭转抗生素抗性的作用靶点.     

铜绿假单胞菌全局调控因子RsmA的缺失影响2个吩嗪基因簇的表达

[目的]为了研究铜绿假单胞菌全局调控因子RsmA对两个吩嗪(Phenazine)合成基因簇phz1和phz2的调控方式与机制.[方法]采用基因缺失和抗性基因(gentamycin resistance cassette,aacC1)插入相结合的策略构建了rsmA基因缺失突变株PA-RG ;通过构建互补表达载体和过表达载体,进一步确认RsmA对绿脓菌素的调控作用 ;采用电转化方法将构建的翻译融合表达载体pMEZ1(phz1'-'lacZ)和pMEZ2(phz2'-'lacZ)分别导入铜绿假单胞菌突变株PA-RG和野生株PAO1,采用Miller法测定融合β-半乳糖苷酶活性.[结果]在GA培养基中,互补分析和过表达分析表明,RsmA抑制绿脓菌素的合成.此外,pMEZ1在突变株PA-RG中的表达增强,为野生株的2-3倍 ;而pMEZ2在突变株PA-RG中的表达降低,野生株是突变株的2倍.[结论]由此初步判定,铜绿假单胞菌全局调控因子RsmA对两个不同吩嗪合成基因簇的调控作用具有特异性,在一定程度上RsmA负调控phz1,正调控phz2.     

铜绿假单胞菌和白假丝酵母的跨界相互作用

铜绿假单胞菌和白假丝酵母(又称白念珠菌)这两种条件致病菌可共存于人体。两者间存在复杂的相互关系,即跨界相互作用。铜绿假单胞菌抑制白念珠菌形态转换,抑制其生物膜形成并毒杀其菌丝;白念珠菌则抑制铜绿假单胞菌绿脓素形成并抑制其丛集运动。跨界相互作用可能存在3种机制:信号转导通路、生物膜和毒力因子。铜绿假单胞菌通过信号分子N-3-氧代十二烷酰-L-同型丝氨酸内酯(3-oxo-C12-HSL)抑制白念珠菌形态转换,而白念珠菌通过信号分子法呢醇抑制铜绿假单胞菌绿脓素生成和丛集运动,即存在信号分子介导的跨界相互作用。跨界相互作用影响铜绿假单胞菌和白念珠菌各自的致病性。如能充分利用跨界相互作用,将有助于优化治疗的选择。     

转录调节因子σ~(38)介导铜绿假单胞菌绿脓菌素合成代谢调控

【目的】为了进一步鉴定铜绿假单胞菌转录调控因子σ~(38)对2个拷贝吩嗪合成基因簇(phz A1-G1和phz A2-G2)的具体调控方式并推定介导绿脓菌素合成代谢的可能调控机制。【方法】根据铜绿假单胞菌基因组信息,利用同源重组原理构建rpo S基因缺失突变株Δrpo S以及克隆全长rpo S基因作互补分析;再以单一吩嗪基因簇缺失突变株Δphz1和Δphz2为出发菌株,分别构建rpo S缺失突变株Δrpo Sphz1和rpo S插入突变株Δrpo Sphz2,测定并比较野生株及相关突变株的绿脓菌素合成量,初步推定σ~(38)因子对2个不同吩嗪基因簇表达的调控方式。【结果】在GA培养基中,突变株Δrpo S的绿脓菌素合成量比野生株显著增加;互补分析证实,σ~(38)可使突变株Δrpo S的绿脓菌素降低并接近野生株PAO1水平;与对照株Δphz1相比,突变株Δrpo Sphz1的绿脓菌素合成量因σ~(38)因子缺失而显著减少;而与对照株Δphz2相比,突变株Δrpo Sphz2的绿脓菌素合成量因σ~(38)因子缺失显著增加。【结论】转录调控因子σ~(38)对铜绿假单胞菌绿脓菌素的合成代谢的确具一定的负调控作用;结合已报道的研究结果,初步推定:σ~(38)因子通过负调控吩嗪基因簇phz1,正调控吩嗪基因簇phz2的表达实现对绿脓菌素合成代谢的调控。     

荧光假单胞菌抗生性代谢产物合成相关基因的研究现状

荧光假单胞菌(Pseudomonas fluorescens)是一种重要的植物根际促生菌,它能够产生藤黄绿脓菌素、2,4-二乙酰基藤黄酚、硝吡咯菌素、吩嗪-1-羧酸等抗生性次级代谢产物,可抑制多种病原物,在农作物土传病害的生物防治研究中具有重要意义.总结了荧光假单胞菌中已确立的抗生性次级代谢产物的合成机制,重点阐述了相关基因的结构、功能,以及利用生物工程技术对荧光假单胞菌进行遗传操作的最新进展,同时对荧光假单胞菌在生物防治中的应用和其作为生防菌剂的前景进行了展望.     

铜绿假单胞菌lasI,rhlI基因功能缺陷株的构建和生物学功能验证

构建铜绿假单胞菌lasI,rhlI基因功能缺陷株,为进一步阐明氦氧饱和高气压暴露条件诱导lasI,rhlI基因介导铜绿假单胞菌毒力调节的分子机制研究奠定基础。用双亲株接合转移法删除lasI,rhlI基因ORF编码区,通过RT-PCR方法验证目标基因编码序列mRNA的缺失;通过对细菌生长增殖能力、弹性蛋白酶代谢活性和细菌绿脓菌素分泌能力等表型的测定,验证目标基因编码序列缺失后的基因调节功能的缺陷。结果表明成功构建铜绿假单胞菌lasI,rhlI基因功能缺陷株,可作为进一步研究的基因工程菌。     

铜绿假单胞菌多重耐药基因的筛选及鉴定

[目的]研究铜绿假单胞菌中与耐药性相关的基因.[方法]筛选转座突变体文库中对多种抗菌药物敏感的突变体,通过随机PCR、核苷酸测序及序列比对确定突变体中转座子的插入位点及其破坏的基因.[结果]筛选得到2株对多种抗菌药物敏感的突变体,其中被破坏的基因分别为功能未知的新基因PA2580和PA2800.[结论]PA2580和PA2800可能分别通过参与细胞氧化还原作用和细胞壁合成进而与铜绿假单胞菌耐药性相关.     

9株海洋来源铜绿假单胞菌合成鼠李糖脂的比较分析

目的:从海洋来源的铜绿假单胞菌中筛选多株具有鼠李糖脂合成能力的菌株。方法:以9株分离自不同海洋环境的铜绿假单胞菌为研究对象,考察并比较其发酵合成鼠李糖脂生物表面活性剂的表面活性、产量和产物成分的差异,扩增并比对合成途径中的关键基因。结果:9株菌的发酵产物均具有表面活性,其中菌株1A01151发酵液的表面活性最强,表面张力值可降低至28 m N/m;9株菌的基因组中均含有鼠李糖脂合成途径中关键基因rhl AB和rhl C,都具有合成单、双鼠李糖脂的能力;菌株1A01151和1A00364的发酵产量最高(2.69 g/L),产物经LC-MS/MS检测,所合成的鼠李糖脂同系物组分不同,双糖双脂的含量最高(1A01151:75.96%;1A00364:61.01%)。结论:海洋来源的铜绿假单胞菌是具有鼠李糖脂高产潜力的菌株,可用于合成性能不同、组成多样的鼠李糖脂生物表面活性剂。     

铜绿假单胞菌生防菌株抑菌代谢产物及其生防应用研究进展

微生物次生代谢产物的研究对开发微生物源农药具有重要意义。近年来一系列根际来源的铜绿假单胞菌被分离和鉴定,因其产生抑菌次生代谢产物,具有很好的生物防治效果。本文将系统综述铜绿假单胞菌生防菌株的种类及其抑菌代谢产物的多样性,并进一步介绍铜绿假单胞菌生防菌株的抑菌代谢产物合成机制及其遗传改造,简要讨论铜绿假单胞菌生防菌株抑菌代谢产物在生物防治上的应用和前景。     

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。     

Pip介导铜绿假单胞菌吩嗪基因簇phz2的表达

[目的]为了确定铜绿假单胞菌调控因子Pip对两个不同吩嗪合成基因簇(phz1和phz2)的具体调控方式与可能的调控机制.[方法]根据基因比对结果,采用同源重组技术构建Pip调控因子缺失突变株PA-PG以及克隆ip基因作互补分析;再以已构建的吩嗪基因簇缺失突变株PA-Z1G和PA-Z2K为受体菌,构建突变株PA-PD-Z1G和PA-PG-Z2K,测定并比较野生株及相关突变株的吩嗪-1-羧酸和绿脓菌素的合成量,推定Pip对两个不同吩嗪合成基因簇的调控方式.[结果]在GA培养基中,突变株PA-PG的吩嗪-1-羧酸和绿脓菌素都比野生型明显减少;互补分析显示,突变株PA-PG的吩嗪-1-羧酸和绿脓菌素都显著提高并恢复到野生株PAO1水平;突变株PA-Z1G的吩嗪-1-羧酸和绿脓菌素合成量因Pip缺失而显著减少;而突变株PA-Z2K的吩嗪-1-羧酸和绿脓菌素合成量在Pip缺失后仍保持不变.[结论]初步推定,转录调控因子Pip对铜绿假单胞菌吩嗪合成代谢的确具有促进作用;Pip通过正向调控吩嗪基因簇phz2的合成功能实现对吩嗪合成代谢的调控.     

片球菌素PediocinPA-1抑菌活性检测

目的检测通过基因工程获得的片球菌素Pediocin PA-1抑菌活性。方法采用琼脂扩散法检测片球菌素Pediocin PA-1对单核细胞增生李斯特杆菌、金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌、沙门菌和大肠埃希菌O157的抑菌活性。结果片球菌素Pediocin PA-1对单核细胞增生李斯特杆菌、金黄色葡萄球菌、沙门菌、铜绿假单胞菌和大肠埃希菌O157等均有抑制作用。其中对单核细胞增生李斯特杆菌、沙门菌、大肠埃希菌和金黄色葡萄球菌的抑制作用效果明显,对铜绿假单胞菌有微弱的抑制作用。结论通过基因工程获得的片球菌素Pediocin PA-1具有抑菌活性。     

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。     

铜绿假单胞菌蹭行运动相关基因的研究

应用Mu转座重组技术研究铜绿假单胞菌 (Pseudomonasaeruginosa)蹭行运动 (Twitchingmotility)的相关基因。通过转座突变、表型筛选 ,得到 8个Twitchingmotility缺陷或减弱的突变子。经过基因克隆、核苷酸测序研究 ,鉴定转座子插入到基因组中的位置。结果表明 ,在其中 4个突变子中 ,转座子分别插入到与IV型菌毛生物合成和功能相关的 3个已知基因中 (其中有两个突变子转座子插入到同一基因的不同位置 ) ,它们是pilV ,pilQ ,algR。另外 4个突变子中 ,有 3个是转座子分别插入到基因pilL基因的前端 ,中部和后端 ,均引起Twitchingmotility功能缺失。另一个突变子中 ,转座子插入到基因PA1 82 1中 ,引起Twitchingmotility功能减弱。PilL和PA1 82 1的编码产物均属于 3 类蛋白质 ,它们的功能是根据其保守的氨基酸基序或基因序列与已知功能基因的相似性推测得出的。但缺乏详细的试验证据。研究结果为pilL控制Twichingmotility提供了有力的证据。并证实基因PA1 82 1与Twitchingmotility有关。将Mu转座重组技术应用到假单胞菌的研究中 ,国内外均未见报道。由于该技术具有随机单点插入的优点 ,克服了传统转座子能在染色体上迁移的缺点。保证了表型的改变与转座子插入位点的基因突变的一一对应关系。为进一步研究铜绿假     

氦氧饱和高气压暴露对铜绿假单胞菌毒力表型的诱导调节

研究氦氧饱和高气压暴露对铜绿假单胞菌与急性侵袭感染相关的主要毒力因子表型的影响。分别检测暴露前后铜绿假单胞菌的生长速度、运动能力,对乙酰胺的分解能力和培养细胞外液中绿脓菌素、弹性蛋白酶的分泌水平和活性。在动物水平验证毒力的变化。结果显示,经4.5 MPa氦氧饱和加压暴露后,与对照组相比铜绿假单胞菌的生长增殖、运动能力和对乙酰胺的分解能力增强,绿脓菌素分泌增加,弹性蛋白酶活性增强;暴露后细菌对实验小鼠的毒性增加。因此氦氧饱和高气压环境对铜绿假单胞菌的毒力表型有正调控作用。