伤寒沙门菌质粒对细菌生物膜形成的影响及分子机制研究

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目的:研究伤寒沙门菌(Salmonella enterica serovar Typhi, S. typhi)质粒pRST98与细菌生物膜(biofilm,BF)形成的关系,探讨其与细菌密度感知系统(quorum-sensing,QS)相互作用的分子机制,为后续防治沙门菌感染及新药靶位的发现提供理论和实验依据。方法:1.伤寒沙门菌质粒对生物膜形成的影响(1)生物膜形成适宜温度和时间的确定用携带pRST98的伤寒沙门菌野生株ST8于30℃和37℃培养3d,用半定量法确定BF形成的最适温度。将稀释的菌液于30℃分别培养12h、1d、2d、3d、4d和5d,用半定量法确定BF成熟的时间。(2)伤寒沙门菌不同菌株生物膜形成的比较分别用携带pRST98的伤寒沙门菌野生株ST8、消除pRST98的突变株ST8-⊿pRST98和将pRST98经接合转移重新导入ST8-⊿pRST98所获得的回补株ST8-c-pRST98,按上述实验结果确定的条件建立BF模型。分别用结晶紫染色法、半定量法、扫描电镜(scanning electron microscopy, SEM)观察和共聚焦激光显微镜(confocal laser scanning microscopy, CLSM)断层扫描比较受试菌形成BF的差异。(3)伤寒沙门菌不同菌株对HeLa细胞粘附的比较将实验菌株ST8、ST8-⊿pRST98和ST8-c-pRST98按感染复数(multiplicity of infection, MOI)100:1与HeLa细胞共培养1h后,收集细胞用PBS洗涤破膜后平板菌落计数法检测集落形成单位(colony-forming unit, CFU)比较受试菌对细胞的粘附力。2.伤寒沙门菌质粒与细菌密度感知系统相互作用的分子机制将实验菌株ST8、ST8-⊿pRST98和ST8-c-pRST98分为两组:一组加入1μM/mL的QS系统信号分子酰基高丝氨酸内酯(N-acylhomoserine lactones, AHLs)商品化药物辛酰基高丝氨酸内酯(N-octanoyl-L-homoserine lactone, C8-AHLs);另一组加入等量的生理盐水(normal saline, NS)作为对照,分别进行下述实验。(1)AHLs对受试菌粘附的影响将受试菌按感染复数(multiplicity of infection, MOI)100:1与HeLa细胞共培养,1h后收集细胞用PBS洗涤破膜后用平板菌落计数法检测CFU比较受试菌对细胞的粘附力。(2)AHLs对受试菌抗血清杀菌能力的影响将受试菌液浓度调整至104CFU/ml,分别与兔和豚鼠血清37℃共作用2h后,用平板菌落计数法检测CFU比较受试菌的存活数。(3)AHLs对受试菌rck基因转录水平的影响将两组细菌37℃静置培养1h,药物和细菌充分作用后分别提取细菌的总RNA,进行逆转录聚合酶链反应(reverse transcription-Polymerase Chain Reaction, RT-PCR),检测AHLs对补体杀菌抗性基因(resistance to complement killing genes, rck) mRNA转录水平的影响。结果:1.沙门菌质粒对生物膜形成的影响(1)生物膜形成适宜温度和时间的确定:菌株ST830℃培养比37℃形成BF能力强。30℃培养3d后BF生长趋于稳定,故选择30℃培养3d作为测定BF形成的条件。(2)伤寒沙门菌不同菌株生物膜形成的比较:结晶紫染色、SEM及CLSM观察显示,伤寒沙门菌中野生株ST8和回补株ST8-c-pRST98均形成BF,而消除pRST98的伤寒沙门菌ST8-⊿pRST98未见明显BF形成。半定量法测定显示,ST8和ST8-c-pRST98的0D570值均大于ST8-⊿pRST98,差异有统计学意义(P<0.05),ST8与ST8-c-pRST98的O0570值无统计学差异(P>0.05)。(3)伤寒沙门菌不同菌株对HeLa细胞的粘附比较:ST8、ST8-⊿pRST98和ST8-C-pRsT98对HeLa细胞的粘附率未见明显差异(P>0.05)。2.伤寒沙门菌质粒与密度感知系统相互作用的分子机制(1) AHLs对受试菌粘附的影响:AHLs干预组ST8及ST8-c-pRST98对HeLa细胞的粘附率均高于ST8-⊿pRST98,差异有统计学意义(P<0.05),ST8及ST8-c-pRST98对HeLa细胞的粘附率无统计学差异(P>0.05);对照组ST8、ST8-⊿pRST98和ST8-c-pRST98对HeLa细胞的粘附率无统计学差异;两组间ST8+AHLs与ST8-c-pRST98+AHLs对HeLa细胞的粘附率分别高于ST8+NS和ST8-c-pRST98+NS (P<0.05),而ST8-⊿pRST98+AHLs与ST8-⊿pRST98+NS对HeLa细胞的粘附率无统计学差异(P>0.05)。(2) AHLs对受试菌抗血清杀菌能力的影响:AHLs干预组ST8和ST8-c-pRST98在兔和豚鼠血清中的存活率明显高于ST8-⊿pRST98(P<0.01);对照组ST8和STg-c-pRST98在兔和豚鼠血清中的存活率高于ST8-⊿pRST98(P<0.05);两组中ST8和ST8-c-pRST98在兔和豚鼠血清中的存活率均无统计学差异(P>0.05);两组间ST8+AHLs与ST8-c-pRST98+AHLs在兔和豚鼠血清中的存活率分别高于ST8+NS和ST8-c-pRST98+NS(P<0.05),而ST8-⊿pRST98+AHLs与ST8-⊿pRST98+NS在兔和豚鼠血清中的存活率无统计学差异(P>0.05)。(3) AHLs对受试菌rck基因转录水平的影响:RT-PCR结果显示,AHLs干预组ST8和ST8-c-pRST98可见rck基因条带,ST8-⊿pRST98未见该基因条带;对照组ST8、ST8-⊿pRST98和ST8-c-pRST98均未见目的基因条带。结论:1.伤寒沙门菌质粒pRST98与该菌BF形成密切相关,能促进细菌BF的形成。2.伤寒沙门菌质粒PRST98可通过AHLs-SdiA-rck信号通路作用于QS系统,促进细菌BF的形成。
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