兽疫链球菌中与透明质酸合成相关新基因的高通量筛选及克隆

【目的】兽疫链球菌(Streptococcus equi subsp. zooepidemicus)中透明质酸主要的生物合成途径和相关基因已经被研究得比较透彻,探究一种挖掘与透明质酸合成相关新基因的策略。【方法】利用自杀质粒pSET4s::sacB在宿主基因组中的随机整合作用,筛选具有表型差异突变菌株构建突变体库,进一步利用连接介导PCR (Ligation mediated PCR,LM-PCR)方法和全基因组重测序,检测质粒整合位点,通过基因无痕敲除和回补实验验证插入位点。【结果】构建了包含150株具有表型差异突变株的突变体库;以荚膜合成能力缺失的1号突变株(M1)作为基础研究对象,检测到自杀质粒整合到基因组458 960位点上,破坏了编码塔格糖-6-磷酸激酶的lacC基因;无痕敲除lacC基因得到ΔlacC,表型分析发现ΔlacC表现为粘性荚膜特性;进一步全基因组重测序发现,除了lacC基因位点存在插入突变,206 613位点存在碱基G缺失,导致编码透明质酸合成酶的hasA基因发生移码突变,且回补hasA基因后,M1恢复粘性荚膜合成能力。【结论】M1突变株粘性荚膜合成能力的缺失由hasA基因功能缺失引起,与lacC基因功能缺失无关。初步建立了兽疫链球菌中高通量筛选与透明质酸合成相关新基因的策略,为今后挖掘新基因奠定了基础。     

在兽疫链球菌中表达vgb基因和HA合成基因提高透明质酸产量

透明质酸(HA)是一种在医药及化妆品领域具有广泛应用的天然粘多糖。兽疫链球菌(Streptococcuszooepidemicus)是工业上生产透明质酸的菌种之一。透明颤菌血红蛋白(VHb)具有增强细胞摄氧的作用。对生产透明质酸的兽疫链球菌进行了基因改造:将兽疫链球菌HA的合成基因hasABC以及合成透明颤菌血红蛋白的vgb基因(Vitreoscillahemoglobingene,vgb)分别或同时插入阳性菌表达质粒pEU308中,通过电转化导入兽疫链球菌中。通过一氧化碳(CO)差光谱检测到了VHb的表达。在摇瓶实验中,同时带有hasABC和vgb基因的重组菌比野生菌的透明质酸产量提高了30％。而在发酵罐中,带有这2个基因的重组菌的透明质酸产量达到了6．9g／L,高于重组菌5．5g／L的产量。实验结果表明,vgb基因的存在促进了细胞的生长,hasABC操纵子的过表达增强了透明质酸的合成。首次将VHb导入兽疫链球菌中,获得了表达,并证明其对菌体生长及透明质酸合成有促进作用。通过研究,VHb将可以在阳性菌中获得更广泛的应用。     

伤寒沙门菌bcfD基因敲除突变株的构建

目的:构建伤寒沙门菌Ty2菌株菌毛亚单位bcfD基因敲除突变株.方法:利用交错PCR得到bcfD基因缺失且含其两侧翼序列的片段,将该片段与pMD 18-T连接,亚克隆到pYG4,电转入大肠埃希菌S17-1/λpir菌株,阳性菌株与受体菌伤寒沙门氏菌Ty2进行固相杂交后筛选.结果:成功获得敲除bcfD基因序列954bp的敲除突变株.结论:交错PCR有利于细菌基因精确敲除突变株的构建,bcfD基因敲除株的构建将为进一步研究该基因在伤寒沙门菌中的功能奠定了基础.     

BAI1基因敲除打靶载体的快速构建

BAI1(脑血管生成抑制因子1)因其具有抑制血管生成的作用而得名,研究表明肿瘤的发生可能与BAI1的低表达有关.为了进一步探索BAI1的作用机制,运用改良的Red重组系统和低拷贝中间载体,利用50 bp的同源重组序列直接从BAC载体中克隆长片段的小鼠基因组序列;将得到的基因组序列再次通过重组和改造,构建了BAI1基因的完全敲除并带有报告基因的打靶载体,为后续的构建BAI1基因敲除小鼠模型、在动物体内研究基因功能奠定了基础.     

发酵透明质酸寡糖兽疫链球菌工程菌株的构建

透明质酸(HA)广泛应用于医学、化妆品、食品等领域。HA的生物活性取决于其分子量(M_w)。透明质酸寡糖由于具有重要的生理活性与特殊生理功能,在医药领域具有重要的应用前景。兽疫链球菌因其发酵周期短、生产强度较强的特点,在商业生产HA上具有广泛的应用。为了高效发酵合成透明质酸寡糖和解决发酵过程的溶氧问题,文中通过在兽疫链球菌WSH-24中过表达透明质酸合酶HasA以及优化表达水蛭来源的透明质酸酶LHAase。重组菌株摇瓶发酵24h,透明质酸寡糖积累至0.97g/L,比野生菌提高了182.0%。在3L发酵罐中发酵24 h,透明质酸寡糖生产强度为294.2 mg/(L·h),HA积累至7.06 g/L,比野生菌的罐上水平提高了112.4%。文中所构建的发酵合成透明质酸寡糖的兽疫链球菌重组菌株具有重要的应用前景。     

分枝杆菌中基因敲除操作工具研究进展

致病性分枝杆菌仍然是人类健康的重要威胁。相对于传统模式原核生物,在分枝杆菌中进行基因敲除一直是一个难题。文章介绍了分枝杆菌中用于基因敲除的转运载体和序列特异性重组系统的研究进展,并进一步介绍了新近发展的分枝杆菌重组工程在基因敲除中的应用。最后,对分枝杆菌基因敲除系统的发展历程进行了回顾,并对未来的发展方向进行了展望。     

GPR126条件性基因敲除载体的快速构建

基因敲除小鼠模型是在动物体内研究基因功能的重要和可靠的手段之一,而构建用于同源重组的基因敲除载体是构建基因敲除小鼠模型的关键一步.条件性基因敲除技术将针对靶基因的修饰作用限制在小鼠的特定发育时期或特定类型的组织细胞中,通过加入具有位点特异性的重组系统,该修饰作用在时间和空间上均处于可调控的状态;条件性基因敲除技术既可以避免某些具有重要功能基因的敲除所带来的早期胚胎致死问题,还可用于精确分析某些多效基因在不同组织或不同发育阶段的特定功能差异.通过合理利用改良的Red重组系统,将两个LoxP位点快速准确地插入到了目标位置,实现了GPR126条件性基因敲除载体的快速构建,为后续的构建GPR126基因敲除小鼠模型、在动物体内研究基因的功能奠定了基础.     

采用计算流体力学技术研究搅拌对兽疫链球菌发酵生产透明质酸的影响

搅拌是影响透明质酸(HA)发酵的一个重要因素,然而有关搅拌对HA发酵影响的认识存在较大争议。本研究采用计算流体力学(CFD)技术深入研究了搅拌对菌体生长和HA合成的影响。结果表明,菌体量和HA产量受搅拌转速的影响很小,而HA分子量随着转速的增加呈现出先增加后降低的趋势。分阶段控制转速研究表明转速对HA分子量的影响主要体现在HA合成阶段。CFD计算结果表明随着搅拌转速的增加,混合时间降低的同时反应器内部的剪切速率明显增加。最终通过改变搅拌桨组合方式的手段有效地解决了上述矛盾,并使得HA分子量提高23.9%。     

基因敲除方法及其应用

基因（gene）是核酸分子中储存信息的遗传单位,是指储存有功能的蛋白质多肽链或RNA序列信息及表达这些信息所必需的全部核苷酸序列。基因敲除（Gene knockout）是指借助分子生物学、细胞生物学和动物胚胎学的方法,通过胚胎干细胞这一特殊的中间环节将小鼠的正常功能基因的编码区破坏,使特定基因失活,以研究该基因的功能;或者通过外源基因来替换宿主基因组中相应部分,以便测定它们是否具有相同的功能,或将正常基因引入宿主基因组中置换突变基因以达到靶向基因治疗的目的。基因敲除是揭示基因功能最直接的手段之一。     

冠突曲霉Fig基因敲除菌株的构建及表型分析

为了研究冠突曲霉(Aspergillus cristatus) Fig基因的功能,本研究采用同源重组的方法获得敲除株。并对敲除株进行功能验证。结果显示对Fig基因敲除株培养观察并与野生型菌株相比发现,在含有不同浓度NaCl的MYA培养基中,仍能产生成熟的子囊孢子和分生孢子,但分生孢子数量是野生型的1/4,子囊孢子数量是野生型的1/5,且敲除株菌落几乎没有渗出液,无皱褶,菌落表面干燥,色素产生量急剧下降,这些结果表明Fig基因对冠突曲霉产孢起正调控,本实验为冠突曲霉发育调控机制的研究提供了一定的技术基础。     

谷氨酸棒杆菌1dh基因的敲除

谷氨酸棒杆菌中ldh基因编码乳酸脱氢酶,可催化丙酮酸转化生成乳酸.利用重叠延伸PCR的方法,获得中间缺失部分序列的dldh基因片段,将其与载体pk 18mobsacB连接,转化大肠杆菌感受态,筛选出阳性转化子后,转化谷氨酸棒杆菌ATCC 13032感受态细胞.分别在卡那霉素抗性平板及10％蔗糖平板上进行两次筛选,利用PCR方法鉴定,成功获得ldh基因缺失的谷氨酸棒杆菌突变株ATCC 13032-(4)ldh.应用荧光定量PCR检测,ATCC 13032-(z)ldh中的ldh基因在转录水平与野生型菌株ATCC 13032相比,相对表达量为O.ldh基因的敲除对菌株的生长造成了一定的影响.     

猪链球菌2型srtF基因敲除突变株的构建及其毒力

利用同源重组基因敲除方法构建猪链球菌2型强毒株05ZYH33 srtF同源突变体。组合PCR、交叉酶切、RT-PCR结果均显示srtF突变体构建成功。突变株与强毒株的菌落形态、生长速率以及对小鼠的致病力均无显著性差异。小鼠竞争实验结果提示,突变株在心脏的定殖及感染能力显著减弱。成功构建的srtF突变株为进一步研究srtF的生物学功能奠定了基础。     

分枝杆菌甾酮C1,2位脱氢酶基因敲除的研究

利用分枝杆菌对植物甾醇进行边链降解可产生4-AD（4-烯-雄甾-3,17-二酮）和ADD（1,4-二烯-雄甾-3,17-二酮）,ADD由4-AD在C1,2位脱氢酶(ksdD)作用下脱氢产生,这两种物质在化学结构上高度相似,难以分离。本文首先扩增出部分ksdD基因,大小为631bp,并以此为基础构建打靶载体pUC19-MK。将pUC19-MK电转分枝杆菌感受态,通过同源重组敲除分枝杆菌染色体上正常的ksdD基因,使C1,2位脱氢酶失活,以达到4-AD大量积累的目的。结果通过初筛筛选出5株转化子,进行甾体转化实验,发酵144h时,1号转化子的4-AD生成率达到17.52％,比出发菌株提高了192％,而此时ADD的生成率仅为6.12％,比出发菌株降低了89.9％。     

Species-specific PCR method for identification of Streptococcus downei

AIMS: To establish a rapid method to differentiate Streptococcus downei and S. sobrinus by multiplex PCR. METHODS AND RESULTS: A PCR primer pair specific to S. downei was designed on the basis of the nucleotide sequence of the dextranase gene of S. downei NCTC 11391T. The primer pair specifically detected S. downei, but none of the other mutans streptococci (16 strains of six species). The PCR procedure was capable of detecting 1 pg of genomic DNA purified from S. downei NCTC 11391 and as few as 14 CFU of S. downei cells. The mixture of primer pairs specific to each S. downei (this study) and S. sobrinus (Igarashi et al. 2000) detected only the strains of these two species among all the mutans streptococcal strains, and concomitantly differentiated the two species by species-specific amplicons of different lengths. CONCLUSIONS: The present PCR method is highly specific to S. downei and is useful for detection and identification of S. downei. SIGNIFICANCE AND IMPACT OF THE STUDY: Multiplex PCR using dextranase gene primers is a useful method for simultaneous detection and differentiation of S. downei and S. sobrinus.     

2型猪链球菌SSU0448基因敲除突变株的构建及其毒力分析

【目的】 通过构建2型猪链球菌(SS2)强毒株05ZYH33的SSU0448基因缺失突变株Δ0448和互补株CΔ0448,探索SSU0448基因缺失对细菌基本生物学特性和细菌毒力的影响。【方法】用同源重组基因敲除方法构建筛选强毒株05ZYH33中N-乙酰半乳糖胺和半乳糖胺代谢途径相关转录调节因子SSU0448基因的缺失突变株,比较分析突变株Δ0448与野生株05ZYH33、互补株CΔ0448的基本生物学特性,小鼠毒力实验分析SSU0448基因缺失对细菌毒力的影响。【结果】PCR检测分析显示,SSU0448基因在转化重组体中被壮观霉素抗性基因所替代,表明基因敲除突变株构建成功;同时构建了基因功能互补株CΔ0448。生物学特性实验表明突变株Δ0448在成链能力上较野生株明显减弱,对数生长期稍短,快速到达平台期;而菌落形态、革兰氏染色和溶血活性方面无明显差异;小鼠毒力实验发现,突变株毒力并无显著改变。【结论】SSU0448基因的敲除能够改变2型猪链球菌的成链能力;不影响其侵袭致病能力,可能延缓2型猪链球菌的发病过程,此研究为2型猪链球菌致病感染奠定了基础。     

Genome-wide Gene Deletions in Streptococcus sanguinis by High Throughput PCR

Transposon mutagenesis and single-gene deletion are two methods applied in genome-wide gene knockout in bacteria ^1,2. Although transposon mutagenesis is less time consuming, less costly, and does not require completed genome information, there are two weaknesses in this method: (1) the possibility of a disparate mutants in the mixed mutant library that counter-selects mutants with decreased competition; and (2) the possibility of partial gene inactivation whereby genes do not entirely lose their function following the insertion of a transposon. Single-gene deletion analysis may compensate for the drawbacks associated with transposon mutagenesis. To improve the efficiency of genome-wide single gene deletion, we attempt to establish a high-throughput technique for genome-wide single gene deletion using Streptococcus sanguinis as a model organism. Each gene deletion construct in S. sanguinis genome is designed to comprise 1-kb upstream of the targeted gene, the aphA-3 gene, encoding kanamycin resistance protein, and 1-kb downstream of the targeted gene. Three sets of primers F1/R1, F2/R2, and F3/R3, respectively, are designed and synthesized in a 96-well plate format for PCR-amplifications of those three components of each deletion construct. Primers R1 and F3 contain 25-bp sequences that are complementary to regions of the aphA-3 gene at their 5'' end. A large scale PCR amplification of the aphA-3 gene is performed once for creating all single-gene deletion constructs. The promoter of aphA-3 gene is initially excluded to minimize the potential polar effect of kanamycin cassette. To create the gene deletion constructs, high-throughput PCR amplification and purification are performed in a 96-well plate format. A linear recombinant PCR amplicon for each gene deletion will be made up through four PCR reactions using high-fidelity DNA polymerase. The initial exponential growth phase of S. sanguinis cultured in Todd Hewitt broth supplemented with 2.5% inactivated horse serum is used to increase competence for the transformation of PCR-recombinant constructs. Under this condition, up to 20% of S. sanguinis cells can be transformed using ~50 ng of DNA. Based on this approach, 2,048 mutants with single-gene deletion were ultimately obtained from the 2,270 genes in S. sanguinis excluding four gene ORFs contained entirely within other ORFs in S. sanguinis SK36 and 218 potential essential genes. The technique on creating gene deletion constructs is high throughput and could be easy to use in genome-wide single gene deletions for any transformable bacteria.     

儿童感染肺炎链球菌的青霉素结合蛋白基因突变分析

目的 分析儿童感染肺炎链球菌的青霉素结合蛋白基因突变与青霉素耐药水平之间的关系。方法 自2012年1月至2014年12月期间分离的1 317株肺炎链球菌中随机抽取出青霉素MIC=2.0 µg/mL、4.0 µg/mL、≥8.0 µg/mL各20株共60株作为实验菌株,采用PCR方法对实验菌株进行青霉素结合蛋白PBP1a、PBP1b、PBP2a、PBP2b、PBP2x、PBP3的基因扩增,扩增产物进一步纯化和测序,测序结果与青霉素敏感肺炎链球菌R6就国际上公认的PBPs保守序列进行比对分析。结果 60株肺炎链球菌的PBP2b、PBP1a、PBP2x、PBP2a基因的保守区或保守区附件均发现氨基酸突变,未发现PBP3与PBP1b突变。中介与耐药菌株基因突变位点存在重合,主要出现在单一的PBP1a序列的370STMK模体元件内Thr371Ser置换突变或伴有PBP2b序列的Thr451Ala/Ser和Ala624Gly置换突变,同时PBP2a序列的465SLN模体元件前置位发生Ser461Ala的置换突变。结论 肺炎链球菌对青霉素中、高水平耐药菌株绝大部分合并有不同PBP序列中4~6个氨基酸的置换突变,但合并多个氨基酸置换突变并非必然引起耐药水平相应升高。中、高水平耐药与PBP1a、PBP2b、PBP2a的变异关系密切,其中PBP1a的STMK保守区域Thr371Ser置换是引起耐药的主要因素之一。     

高致病性2型猪链球菌plcR基因敲除株的构建及其相关生物学特性的研究

【目的】构建高致病性2型猪链球菌05ZYH33菌株plcR基因敲除株,通过比较突变株与野生株生物学特性的差异,研究plcR基因在2型猪链球菌致病过程中的作用。【方法】利用同源重组技术敲除plcR基因,多重交叉PCR及RT-PCR鉴定并测序验证。比较野生株与突变株基本生物学特性的差异,小鼠攻毒实验分析plcR基因缺失对细菌毒力的影响。【结果】经RT-PCR证实05SSU0241与05SSU0242共转录,通过多重交叉PCR及RT-PCR证实成功构建plcR基因缺失突变株,基本生物学特性显示突变株的生长速率、菌落形态、溶血活性均无显著改变,小鼠致病性试验结果显示,野生株攻毒的小鼠死亡率为70%,突变株攻毒的小鼠死亡率为40%,毒力较野生株显著降低。【结论】plcR基因作为2型猪链球菌有毒株基因组中特有的外源基因,在细菌致病过程中具有重要作用。