论文部分内容阅读
目的: 铜绿假单胞菌是临床上一种重要的条件致病菌,其代谢能力极强,能够通过多种信号通路感知环境信号,协调基因表达,进行运动与固着生存状态之间的转换,以更好地适应生活环境的变化。前期研究发现,suhB缺失后,泳动能力减弱,然而生物被膜形成能力显著提高,提示SuhB在细菌生存状态的转换中,可能起到了重要的调节作用。目前已知,在铜绿假单胞菌中,GacS/GacA双组分系统和胞内第二信使c-di-GMP信号途径在急慢性感染转换的调控网络中处于中心地位。此外,Gac/Rsm途径与第二信使c-di-GMP也存在一定的关系。本研究以SuhB为切入点,研究SuhB调控铜绿假单胞菌生存状态转换的分子机制。 方法: 1.分别用半固体培养基(含0.3%琼脂)和结晶紫染色法检测了野生型PAK、PAK△suhB和回补株的泳动能力和24 h生物被膜生成量,以确定SuhB蛋白对铜绿假单胞菌表型的影响。 2.铜绿假单胞菌的泳动由鞭毛介导,为了比较PAK△suhB株与野生型PAK鞭毛合成相关基因fliC、fleQ和fleSR的转录差异,构建了报告质粒;同时构建这些基因与Flag标签的融合蛋白,蛋白印迹实验比较其蛋白表达差异。 3.为了探讨SuhB对鞭毛结构和功能的影响,我们利用透射电子显微镜检测了suhB突变株的鞭毛结构变化,并统计了其生有鞭毛的细胞的比例;同时,通过对鞭毛翻转频率的分析,检测了其鞭毛功能变化。 4.前期研究发现,suhB突变株中gacA和小RNA分子rsmY/Z表达显著上调。为了探究GacA-RsmY/Z途径对SuhB介导的泳动能力的影响,在suhB突变株中分别敲除gacA和rsmYrsmZ后检测其泳动能力变化;而rsmY/Z能够拮抗RsmA的功能,因此在PAK△suhB株中过表达RsmA后,检测了泳动能力的变化。 5.由于cdrA表达与胞内c-di-GMP水平相关,我们把cdrA的启动子克隆到pDN19lacZΩ载体,通过测定β-半乳糖苷酶活性,比较了野生型PAK、PAK△suhB和回补株胞内第二信使c-di-GMP水平差异。 6.在野生型和suhB突变株中过表达能水解c-di-GMP的磷酸二酯酶PA2133,降低胞内c-di-GMP水平后,检测其泳动能力和24 h生物被膜形成量的变化。 7.细菌生成的胞外多糖能够结合平板中的刚果红染料,随着胞外多糖的增多菌落红色逐渐加深,能够较好地反映胞外多糖生成量。为了探究suhB突变株生物被膜生成能力显著提高是否是由于胞外多糖生成增多,我们用刚果红实验比较了野生型PAK、PAK△suhB和回补株的胞外多糖合成量差异。 8.铜绿假单胞菌中,c-di-GMP的代谢有约40种酶参与。为了找出SuhB通过哪些酶影响其胞内水平,我们利用荧光定量PCR比较了野生型和suhB突变株在OD600=1时,c-di-GMP代谢相关基因的表达差异。 9.结合荧光定量PCR结果,选择性敲除了转录水平显著上调的双鸟苷酸环化酶编码基因gcbA,并检测了suhBgcbA双突变株胞内c-di-GMP水平变化。同时检测了其泳动能力及生物被膜形成能力的变化,探讨gcbA在SuhB调控通路中的作用。 结果: 1. PAK△suhB株的泳动圈直径显著小于野生型菌株、生物被膜形成能力显著高于野生型。用携带suhB基因的质粒进行遗传互补后,两种表型均回复到野生型水平。 2.报告质粒分析显示,野生型PAK和PAK△suhB菌株,fliC、fleQ和fleSR基因在转录水平基本没有差异;蛋白印迹结果显示,FleQ和 Flic两种蛋白在PAK△suhB中表达并没有降低。 3.透射电子显微镜观察到野生型 PAK、PAK△suhB和回补株均生有结构完整的单端鞭毛,并且生有鞭毛的细胞的比例也没有显著差异,野生型和PAK△suhB菌株长有鞭毛的菌体分别占91.3%和88.5%;然而,对鞭毛的翻转频率分析显示,suhB突变株的鞭毛翻转频率较野生型显著降低,说明SuhB在功能水平,通过影响鞭毛的翻转频率对细菌泳动能力进行调节。 4.敲除gacA或过表达RsmA后,suhB突变株的泳动能力能够部分回复,说明GacA-RsmY/Z-RsmA途径参与了SuhB介导的对细菌泳动能力的调控。 5. suhB突变株胞内c-di-GMP的水平显著高于野生型,而suhB回补菌株则回复到了野生型水平。 6. suhB突变株中过表达PA2133后,胞内c-di-GMP水平显著降低,泳动能力部分回复。当用激光共聚焦显微镜对生物被膜结构进行观察时,发现其生成量和厚度显著降低。 7.刚果红实验显示,回补株菌落颜色最深,表面有皱褶,为深红色;野生型较回补株颜色淡,但较suhB突变株颜色深。 8.荧光定量PCR结果显示,suhB突变株中PA4367、PA0861、PA5017、PA3311、PA1727及bdlA表达显著下调,而具有双鸟苷酸环化酶活性的PA4843(gcbA)表达显著上调。 9.敲除gcbA后,suhB突变株胞内c-di-GMP水平显著降低,泳动能力部分回复,生物被膜形成能力降低。说明 SuhB通过抑制 gcbA的表达,降低胞内c-di-GMP水平,从而促进细菌泳动,同时抑制生物被膜的形成。 结论: 以上结果表明, c-di-GMP信号和GacA-RsmY/Z-RsmA途径参与了SuhB介导的铜绿假单胞菌生存状态调控。suhB缺失后,双鸟苷酸环化酶 GcbA表达上调,c-di-GMP合成增加,导致泳动能力降低;同时促进细菌对物体表面的可逆性黏附转换为不可逆性黏附,有利于生物被膜的形成。我们的数据还表明,SuhB能够通过 GacA-RsmY/Z-RsmA调控铜绿假单胞菌的泳动能力,并且GacA-RsmY/Z-RsmA途径和c-di-GMP信号存在交叉,但具体机制有待进一步研究。