克雷伯氏菌噬菌体P13基因组学及多糖解聚酶性质的研究

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噬菌体是一类侵染细菌的病毒,广泛存在于自然环境中,凡是细菌存在的地方都可以发现噬菌体,而目前已分离并研究的噬菌体并不多,截至2013年2月初,EBI数据库中仅收录了1178种噬菌体的基因组序列。噬菌体个体较小,使得其基因组测序和功能基因组学研究都相对容易。进行噬菌体基因组学的研究,对深入探讨生物多样性、基因调控、生长代谢等许多生命现象都具有重大意义。  本文以克雷伯氏菌噬菌体P13为研究对象,对其生物学性质及基因组情况进行了描述。其一步生长曲线显示出,噬菌体P13潜伏期约为20min,爆发期约为40min,属于烈性噬菌体。形态学分析发现其头部直径约为50nm,并具有较短的尾部。采用高通量测序法对其基因组序列进行测定,发现基因组长度为45976bp,为线性双链DNA。  对噬菌体P13基因组的生物信息学进行分析,发现在P13基因组中共具有282个长度大于100bp的ORFs,其中有50个ORFs为假定基因,基因总长度为41329bp,基因平均长度为833bp。在50个假定基因中,有41个基因可找到同源性序列,其中25个基因已确定了功能,13个基因中存在高度保守的序列。通过对每个假定基因及整个基因组序列的同源性比对,发现噬菌体P13与同属于SP6-like属的五种噬菌体相似度极高,结合其形态学特征,确定噬菌体P13属于短尾噬菌体科,Autographivirinae亚科,SP6-like virus属噬菌体。  噬菌体P13基因组中存在着了大量的重复序列,这些序列可能与转录调节、DNA重组及基因组进化有关。在RNA聚合酶基因及主要衣壳蛋白基因上、下游的非编码区皆分别存在启动子及终止子结构,证明这两种蛋白可独立快速表达,是噬菌体整个生命活动中表达量最多也是最重要的两种成分。此外,有多组基因间存在重叠现象,其中基因30(噬菌体头尾连接病毒)与基因31(假定脚手架蛋白),基因33(尾管蛋白A)与基因34(尾管蛋白),基因40(末端小亚基蛋白)与基因41(末端大亚基蛋白)之间仅存在1个碱基重叠,这与色氨酸操纵子的结构十分相似,主要功能是使相邻的两个基因能够高效转录表达成对应的蛋白质,且保证产物在数量上相同,以利于协同发挥生物作用。噬菌体P13的C+G含量稍低于宿主菌的,两者密码子偏嗜性也存在很多相同之处,说明噬菌体P13进入克雷伯氏菌体内寄生的历史较久远。  噬菌体P13在侵染其宿主菌克雷伯氏菌K13时能够产生一种热稳定良好的多糖解聚酶,作用是除去宿主表面的多糖,从而使其与细菌细胞壁接触,完成常规的裂解循环。鉴于多糖解聚酶的水解性质,可将其广泛应用于生物膜降解、活性寡糖制备、多糖结构分析及医疗等方面。本文对多糖解聚酶纯化过程中酶活、噬菌体效价的变化进行了研究。从220mL噬菌体P13原液中提取多糖解聚酶,经过丙酮沉淀蛋白、粗酶液透析及超滤离心一系列纯化步骤后,可制备出总酶活为27.5U的纯酶。结合P13基因组中50个假定基因的功能情况,及SP6-like viruses属噬菌体基因组的共同结构特征,推断出基因49及基因50为可能的多糖解聚酶基因。基于分子生物学实验方法,已成功构建了含有目的基因重组质粒的工程菌。
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