信号分子AI-2的体外合成及其对副溶血性弧菌四环素耐药性的调控作用

【背景】抗菌药的过度使用引起细菌耐药性日益严重,作为重要的食源性致病菌,副溶血性弧菌也表现出一定程度的耐药性。群体感应系统可以调控细菌的耐药性,为研究副溶血性弧菌的耐药机制和控制技术提供新的途径。【目的】探讨群体感应信号分子AI-2 (autoinducer-2)对海产品中分离的副溶血性弧菌四环素耐药性的调控作用。【方法】通过原核表达制备AI-2合成关键酶——S-核糖同型半胱氨酸酶(S-ribosylhomocysteinase, LuxS)和S-腺苷同型半胱氨酸核苷酶(S-adenosylhomocysteinenucleosidase,Pfs),体外合成AI-2,通过菌落计数法分析AI-2对副溶血性弧菌在四环素亚抑菌浓度下耐受性的影响,采用逆转录实时荧光定量PCR法测定不同浓度AI-2对副溶血性弧菌四环素耐药基因转录水平的影响。【结果】通过原核表达获得LuxS和Pfs,作用于底物S-腺苷同型半胱氨酸能合成具有生物活性的AI-2,其荧光强度约为阳性对照的6倍。在四环素亚抑菌浓度下,AI-2能显著促进副溶血性弧菌的生长,6、15、30μmol/L浓度AI-2能不同程度地提高副溶血性弧菌...     

luxS基因缺失对禽致病性大肠杆菌O1、O2和O78三种血清型分离株的生物学特性影响

【目的】LuxS/AI-2型密度群体感应系统产生的自诱导信号分子AI-2(AI-2的产生需要luxS基因编码的Lux S蛋白参与)参与对细菌众多生理功能的调控。探讨luxS对不同血清型禽致病性大肠杆菌(Avian Pathogenicity Escherichia coli,APEC)生物学特性的影响。【方法】本研究以APEC优势血清型APECO_1(O_1血清型)、DE17(O_2血清型)、E940(O_(78)血清型)及其相应luxS缺失株为研究对象,对野生株和缺失株的生长特性、生物被膜形成、rdar(red,dry and rough)形态、运动性和耐药性等特性进行分析。【结果】luxS基因的缺失不影响APEC生长特性,但导致APEC不能产生AI-2;此外,luxS基因的缺失显著降低APECO_1和E940的生物被膜形成(P0.05),而DE17的生物被膜形成无显著变化。对各菌株的rdar形态和运动性检测结果表明,luxS基因的缺失改变了APECO_1的rdar形态,对DE17和E940并无影响;显著降低了APECO_1和DE17运动能力,对E940并无影响。荧光定量PCR检测结果表明,luxS基因的缺失显著降低APECO_1、DE17和E940与细菌运动性相关的鞭毛基因fli G和fli I的转录水平(P0.05)。此外,对各菌株的耐药性检测结果表明,luxS基因缺失导致APECO_1对头孢吡肟和丁胺卡那由耐药变为高敏,同时对氯霉素与E940相同由高敏变为耐药,但对DE17的耐药性无显著改变。【结论】luxS对APEC的生物学特性具有重要的调控作用,且这种调控具有菌株特异性。     

罗氏沼虾中副溶血弧菌群体感应的检测

利用3种不同的哈维氏弧菌报告菌株V.harveyi JMH612、V.harveyi JMH597和V.harveyi JAF375检测了罗氏沼虾体内分离的副溶血弧菌VIB461和VIB800的群体感应信号分子,同时用PCR扩增了两株菌调控AI-2型信号分子分泌的LuxS基因。结果表明,两株菌均能产生3种类型的信号分子:HAI-1、AI-2和CAI-1。3种信号分子的活性均具有生长阶段依赖性,在对数生长初期出现并在对数生长后期或稳定期前期达到最高水平,然后随着培养时间的延长呈现一定的下降。两株副溶血弧菌的PCR扩增片段的测序结果与已上传的副溶血弧菌的LuxS基因序列的相似度均在95%以上,说明两株副溶血弧菌都含有LuxS基因。     

禽致病性大肠杆菌安徽分离株luxS和pfs基因的克隆、表达与细胞外合成AI-2 活性检测

【目的】LuxS/AI-2型密度感应系统存在于革兰氏阴性和阳性菌中,可产生用于细菌种间交流的通用自诱导信号分子AI-2(Autoinducer-2,AI-2),细菌许多生理功能都受此系统的调节。本研究开展对禽致病性大肠杆菌(Avian Pathogenic Escherichia coli,APEC)自诱导信号分子AI-2的检测和建立体外合成、定量的方法,为进一步研究APEC的AI-2调控作用奠定基础。【方法】利用哈维弧菌BB170(Vibrio harveyi BB170)开展对APEC AI-2的检测;利用表达、纯化的LuxS和Pfs在体外催化S-腺苷同型半胱氨酸(Sadenosylhomocysteine,SAH),进行AI-2的体外合成。【结果】APEC能产生自诱导信号分子AI-2;成功表达可用于AI-2合成的可溶性重组蛋白LuxS和Pfs;纯化的重组蛋白LuxS和Pfs与SAH同时作用后,合成了浓度为300μmol/L的AI-2;运用哈维弧菌BB170对合成的AI-2活性检测表明,其活性是阴性对照的700倍。【结论】APEC存在LuxS/AI-2型密度感应系统,APEC的LuxS和Pfs可以在体外催化SAH生成有活性的AI-2分子。本研究为进一步研究APEC的AI-2的调控作用奠定基础。     

长双歧杆菌NCC2705群体感应系统信号分子AI-2的检测

目的:用生物学方法检测长双歧杆菌NCC2705是否产生群体感应系统信号分子AI-2。方法:将长双歧杆菌NCC2705不同时间点的培养上清分别加至AI-2特异报告系统哈氏弧菌BB170中,以空白培养基上清为对照,用荧光光度计对哈氏弧菌发光强度进行计量,推测出长双歧杆菌NCC2705上清中是否含有分泌的AI-2,并由此推断AI-2的活性。结果:通过微孔板检测系统对加入长双歧杆菌NCC2705培养上清的哈氏弧菌BB170进行检测,发现双歧杆菌上清的加入增强了哈氏弧菌BB170发出的荧光强度。结论:长双歧杆菌NCC2705中存在依赖于luxS/AI-2的群体感应系统,并能够分泌有活性的AI-2,为进一步研究长双歧杆菌NCC2705AI-2及luxS基因的功能打下基础。     

迟缓爱德华菌luxS基因在不同生长时期表达水平的差异

摘要:【目的】探索迟缓爱德华菌LuxS/AI-2型密度感应系统关键基因luxS的分布及在不同生长时期的表达特征和生物功能。【方法】克隆迟缓爱德华菌luxS基因,利用生物信息学工具和网络数据库分析该基因序列的特征及编码蛋白的基本特征和保守结构;原核表达LuxS蛋白,纯化后制备抗LuxS的抗体,运用Western-blot技术分析LuxS在不同毒力、不同来源迟缓爱德华菌中的分布情况及在不同生长时期的表达水平;利用抗体中和方法,分析抗LuxS抗体对迟缓爱德华菌生长的影响,探索LuxS是否为信号分子AI-2的特 异依赖模式。【结果】克隆到迟缓爱德华菌luxS基因,长度为516 bp,序列分析结果表明,该基因在迟缓爱德华菌属中高度保守;对多株迟缓爱德华菌LuxS蛋白的检测结果表明,该基因在该菌属中普遍存在;对不同生长时期LuxS蛋白的检测结果表明,LuxS蛋白的表达量在迟缓期较低,进入对数生长期逐渐增加,在对数生长后期最大,稳定后期逐渐减少;抗体中和生长试验结果表明,1%抗血清(效价1:40000)能延长迟缓爱德华菌生长的平台期,但对细菌生长无显著影响。【结论】LuxS/AI-2介导的密度感应系统在迟缓爱德华菌中普遍存在;关键基因luxS的序列高度保守,在不同生长时期表达量不一致,在对数生长后期达到峰值。     

外膜蛋白OmpR对副溶血弧菌致病特性的影响

[目的]探究OmpR在副溶血弧菌生物学特性和致病性中发挥的作用。[方法]利用同源重组技术构建了副溶血弧菌ompR基因缺失株(ΔompR)和互补株(CΔompR),分析各菌株的生长特性、运动性和生物被膜形成能力的差异;比较各菌株对细胞黏附、细胞毒性和小鼠致病性的影响。[结果]ompR基因缺失对副溶血弧菌的生长特性、运动性以及细胞毒性无显著影响。但与野生株相比,ΔompR的生物被膜的形成能力显著降低;感染ΔompR的小鼠存活率升高了25%,病变程度更低;ΔompR在小鼠心脏、肝脏和肾脏中的载菌量显著低于野生株,互补株毒力基本恢复至野生株水平。[结论]OmpR参与副溶血弧菌生物被膜形成和致病过程,是副溶血弧菌潜在的毒力因子。     

副溶血弧菌VP2918基因缺失株的构建及功能研究

[目的] 以副溶血弧菌VP2918为研究对象,研究其对副溶血弧菌的生物学特性和致病性的影响。[方法] 利用同源重组技术构建了vp2918基因的基因缺失株（Δvp2918）和互补株（CΔvp2918）,并对野生株、缺失株和互补株的细菌生长曲线、运动性、生物被膜形成能力、对HeLa细胞的黏附能力、细胞毒性、对小鼠的致死率和组织载菌量进行分析。[结果] 缺失vp2918基因不影响副溶血弧菌的生长特性、运动性、生物被膜形成能力以及对HeLa细胞的黏附能力。但与野生株相比,Δvp2918对HeLa细胞的毒性作用显著降低;感染Δvp2918的小鼠症状明显减轻,存活率更高;Δvp2918在小鼠脾脏和肝脏中的载菌量显著低于野生株,互补株毒力基本恢复至野生株水平。[结论] vp2918不参与副溶血弧菌的运动性和生物被膜形成能力等过程,但与该菌的致病性相关,为潜在的毒力因子。     

AI-2通过调节c-di-GMP代谢酶DosC影响类志贺邻单胞菌生物膜形成及运动性

细菌中广泛分布的群体感应信号分子autoinducer-2 (AI-2)会影响细菌的生物膜形成及运动性等生理过程,然而该信号对类志贺邻单胞菌相关表型的调控作用及其分子机制尚未有所报道。【目的】揭示AI-2通过影响胞内环二鸟苷单磷酸(c-di-GMP)水平调控类志贺邻单胞菌生物膜形成及运动性的内在机制,为类志贺邻单胞菌感染的防治提供新思路。【方法】首先利用同源重组方法构建luxS基因敲除菌株(ΔluxS),通过软琼脂平板法和结晶紫染色法分别检测其与野生型泳动能力和生物膜形成水平的差异;之后通过序列比对找到AI-2的潜在受体蛋白DosC(SAMEA2665130＿2180),利用哈维氏弧菌生物发光实验及等温滴定量热实验(ITC)研究DosC的配体结合结构域(ligand-binding domain,LBD)与AI-2的结合能力;通过体外酶活实验、胞内c-di-GMP定量分析研究AI-2对DosC受体活性的影响;最后参照前述方法构建受体DosC编码基因敲除菌株(ΔdosC)并检测其与野生型相比泳动能力和生物膜形成水平的变化。【结果】AI-2与DosC-LBD显示出高亲和作用力;通过高效液相...     

VPA1500基因缺失对副溶血弧菌生物学特性和致病性的影响

Ⅵ型分泌系统（T6SS）是细菌的一种毒力因子分泌系统,通过分泌蛋白参与调控细菌的环境适应性和毒力。副溶血弧菌具有两个T6SS系统（T6SS1和T6SS2）。[目的] 前期通过差异蛋白质组学技术筛选到副溶血弧菌T6SS1相关的分泌蛋白,本文选择其中的VPA1500为研究对象,研究其基因缺失对副溶血弧菌的生物学特性及致病性的影响。[方法] 利用同源重组技术构建缺失株ΔVPA1500和互补株CΔVPA1500;分析各菌株生长特性、在体外的细菌竞争能力、运动性、细菌鞭毛相关基因的转录水平及生物被膜形成能力的差异,比较各菌株对细胞毒性、小鼠毒力、动物组织载菌量以及组织病理学变化的影响。[结果] 与野生株相比,VPA1500基因缺失后不影响细菌的生长能力、生物被膜形成能力和群集运动,然而ΔVPA1500的浮泳运动能力显著下降;进一步通过透射电镜观察和实时定量PCR检测发现,VPA1500缺失影响副溶血弧菌鞭毛的形成;细菌竞争实验显示缺失VPA1500基因降低了副溶血弧菌野生株体外对大肠杆菌的杀伤能力;ΔVPA1500对细胞毒性、小鼠毒力以及在动物组织的定殖能力均显著低于野生株,互补株毒力基本恢复至野生株水平;组织病理学结果进一步表明,缺失VPA1500基因能够降低副溶血弧菌对小鼠组织的损伤。[结论] VPA1500参与副溶血弧菌的体外细菌竞争能力、浮游运动能力和致病性。     

双组分系统rcsC基因影响禽致病性大肠杆菌的致病性及相关生物学特性

【目的】双组分系统Rcs感受外界环境变化,并调控细菌的适应性及生存等。本文探讨Rcs双组分系统传感器激酶RcsC对禽致病性大肠杆菌(avian pathogenic Escherichia coli,APEC)相关生物学特性及致病性的影响。【方法】采用Red同源重组的方法构建rcsC基因缺失株,并利用互补质粒构建互补株,然后比较野生株、基因缺失株与互补株的生长特性、运动性、生物被膜、凝集沉淀能力、致病力及毒力基因转录水平的差异。【结果】rcsC基因缺失不影响APEC的生长速度,然而,缺失RcsC导致APEC的运动能力升高、生物被膜形成能力降低和凝集能力增强。凝集试验结果显示rcsC基因有助于APEC的凝集沉降。细胞黏附入侵结果表明,rcsC在APEC侵袭DF-1细胞过程中发挥作用,而对黏附能力无影响。动物感染试验结果表明rcsC基因缺失能显著降低APEC的毒力。荧光定量PCR检测结果表明,rcsC基因缺失株中ompA、aatA、fyuA和luxS基因的转录水平均显著降低,而fimC和tsh基因的转录水平显著升高。【结论】RcsC参与调控APEC的运动性、生物被膜形成、凝集沉降和致病力。     

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。     

茎瘤固氮根瘤菌ORS571中motA基因的功能分析

[目的] MotA是细菌的鞭毛马达蛋白,是跨膜质子通道的重要组成结构之一,在调控鞭毛运动中具有至关重要的作用。本研究探究了Azorhizobium caulinodans ORS571中鞭毛马达基因motA对菌株表型和植物互作的影响。[方法] 通过同源重组原理和三亲接合转移方法构建突变菌株∆motA,测定野生型与突变体在菌体生长、运动、固氮、胞外多糖合成、生物膜形成及根系定殖能力的差异。[结果] 与野生型相比,突变体菌体生长没有明显差异,但其运动能力完全丧失,固氮、胞外多糖合成、生物膜形成及根系定殖能力减弱。[结论] MotA鞭毛马达蛋白对A.caulinodans ORS571的运动、固氮、胞外多糖合成、生物膜形成及根系定殖能力均有调控作用。     

AI-2通过甲基化趋化受体McpU调控恶臭假单胞菌KT2440的趋化运动及生物膜形成

[背景]广泛存在于革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌中的自诱导物autoinducer-2 (AI-2)能够介导细菌种内和种间通讯,并调节细菌的多种生理过程.然而恶臭假单胞菌KT2440能否感知AI-2信号还未见报道.[目的]挖掘介导恶臭假单胞菌KT2440对AI-2趋化反应的趋化受体,检测AI-2信号通过趋化受体对恶臭假单胞...     

基于高通量共聚焦激光扫描显微镜方法定量分析副溶血性弧菌生物被膜结构

【目的】副溶血性弧菌是水产品中常见的食源性致病菌,生物被膜的形成对副溶血性弧菌的环境生存和传播至关重要。这项工作的目的是评估临床和环境中分离出的44株副溶血性弧菌菌株形成的生物被膜的结构多样性。【方法】该研究基于共聚焦激光扫描显微镜的高通量方法,使用与高分辨率成像兼容的96孔微量滴定板,结合结构分析软件ISA-2来研究生物被膜形成和结构,分析22株食品与22株临床来源的副溶血性弧菌菌株形成的生物被膜结构参数(生物体积、平均厚度、粗糙系数)。【结果】CLSM图像显示,44株副溶血性弧菌菌株在培养48h后能够形成3D结构,进一步比较分析了临床来源菌株与环境来源菌株形成的生物被膜结构异同,发现临床菌株生物被膜的变异系数比环境菌株生物被膜的变异系数小,且同时携带tdh和trh两种毒力因子的菌株生物被膜变异性最小。凝聚层次聚类分析结果显示,副溶血性弧菌生物被膜可以分为致密且表面光滑(39%)、斑驳且表面粗糙(27%)、疏松且表面坑洼(34%),临床菌株易形成致密且表面光滑和斑驳且表面粗糙的生物被膜,而环境菌株易形成致密且表面光滑和疏松且表面坑洼的生物被膜。【结论】该研究深入了解了副溶血性弧菌生物...     

生物膜形成中间状态下副溶血弧菌的基因转录谱分析

【目的】探究生物膜形成中间状态下副溶血弧菌的差异基因表达情况,为今后研究生物膜形成调控机制提供基因信息。【方法】以非生物膜形成条件下为参照,采用Illumina HiSeq测序平台进行转录组测序（RNA sequencing,RNA-seq）研究,分析生物膜形成中间状态下副溶血弧菌的基因表达情况,并采用实时定量PCR （quantitative real-time PCR,qPCR）进行验证。【结果】本研究共获得979个差异显著性表达基因（differentially expressed gene,DEG）,其中下调基因379个,上调基因600个。基因本体（gene ontology,GO）分类分析结果显示,共有363个DEGs注释到分子功能、细胞组分和生物学过程3个一级分类和30个二级分类;京都基因和基因组百科全书（Kyoto encyclopedia of genes and genomes,KEGG）代谢途径分析结果显示,共有706个DEGs归到37个代谢通路中（Q value<0.05）,差异表达基因主要集中在细胞代谢和转运通路上;蛋白相邻类的聚簇（clusters of orthologous groups,COG）分类结果显示,有888个DEGs可归为20个类别,涉及DEGs最多的为氨基酸转运与代谢、一般功能预测基因、能量产生与转换以及未知功能基因。qPCR验证挑选的DEGs变化趋势均与RNA-seq的结果一致。此外,从转录组数据中共筛选出10个c-di-GMP代谢相关基因、1个侧生鞭毛蛋白基因（lafA）、13个极生鞭毛合成相关基因、6个荚膜多糖合成相关基因、6个胞外多糖合成相关基因、5个IV型菌毛合成相关基因、膜融合蛋白（membrane fusion protein,Mfp）基因（cpsQ-mfpABC）、14个III型分泌系统1（T3SS1）相关基因、14个Vp-PAI基因（1个tdh2和13个T3SS2基因）、3个VI型分泌系统1（T6SS1）相关基因、6个T6SS2基因、45个推定调控子基因和15个推定的外膜蛋白基因。【结论】生物膜形成引起副溶血弧菌基因表达谱发生明显变化,差异表达基因中包含生物膜形成相关基因、关键毒力基因和许多推定调控子基因等,这为后续研究生物膜形成调控机制提供重要信息。     

副溶血性弧菌CRISPR的检测及其结构分析

【目的】检测副溶血性弧菌(Vibrio parahaemolyticus,简称VP)中规律成簇间隔的短回文序列(Clustered regularly interspaced short palindromic repeats,CRISPR),并对不同来源的VP中CRISPR位点的结构多样性进行分析。【方法】根据CRISPR DB数据库中公布的VP中确定的CRISPR结构序列CRISPR-1及文献中新发现的疑似CRISPR结构序列CRISPR-2设计引物,对不同来源的79株VP进行PCR扩增。利用CRISPR Finder分析CRISPR结构,采用生物信息学方法对不同来源VP的CRISPR位点结构多样性进行比较分析。【结果】79株VP中CRISPR-1的检出率为92.41%,CRISPR-2的检出率为96.20%,同时具有这2个位点的菌株占总数的89.87%,只有1株菌被检出不含有任何位点。分别比较不同来源的菌株CRISPR-1、CRISPR-2位点的重复序列发现不存在序列差异,而临床菌株的这2个CRISPR位点在间隔序列上比环境分离菌株存在更多的变异。2个CRISPR位点根据间隔序列的不同在VP中一共组成8种CRISPR谱型(编号A-H),除F谱型外,A-E、G谱型均只在临床分离菌株中发现,而在环境分离菌中还发现不含任何位点的H型。【结论】CRISPR在VP中普遍存在。环境分离菌株与临床分离菌株中CRISPR的结构存在差异。     

2D proteome analysis initiates new Insights on the Salmonella Typhimurium LuxS protein

Background  

Quorum sensing is a term describing a bacterial communication system mediated by the production and recognition of small signaling molecules. The LuxS enzyme, catalyzing the synthesis of AI-2, is conserved in a wide diversity of bacteria. AI-2 has therefore been suggested as an interspecies quorum sensing signal. To investigate the role of endogenous AI-2 in protein expression of the Gram-negative pathogen Salmonella enterica serovar Typhimurium (S. Typhimurium), we performed a 2D-DIGE proteomics experiment comparing total protein extract of wildtype S. Typhimurium with that of a luxS mutant, unable to produce AI-2.     

茎瘤固氮根瘤菌环二鸟苷酸代谢相关基因的功能鉴定

【目的】考察茎瘤固氮根瘤菌ORS571中c-di-GMP合成酶AZC-2412的编码基因缺失的突变表型,初步探究其功能机理。【方法】本实验构建基于cre-loxp重组酶系统的根瘤菌基因敲除系统,以及采用三亲接合技术构建突变株。测定野生型和突变株的生长速率、趋化能力、胞外多糖产量、生物膜形成等表型。【结果】突变株与野生型生长速率几乎相同。与野生型相比突变株由于细胞内c-di-GMP水平降低,胞外多糖、生物膜产量等均有所下降。【结论】实验表明,环二鸟苷酸合成酶AZC-2412缺失,使得c-di-GMP水平降低,对胞外多糖生成、细菌的运动能力、生物膜的形成、细胞絮凝、与植物的互作等均有调控作用。