噬菌体及其裂解酶对多重耐药鲍曼不动杆菌的控制作用研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jlq100
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抗生素彻底改变了传染病的治疗方式,延长了人类的生命。然而,细菌耐药性日趋严重,而新抗生素的发现和开发缓慢,这推动了其他新型抗菌剂研究领域的发展。噬菌体及其裂解酶以高效的抗菌能力获得研究者和临床医生的青睐,相关研究领域也得以振兴。鲍曼不动杆菌(Acinetobacter baumannii)临床株耐药性的发生率居高不下,是各类院内感染的元凶。鉴于此,本论文以多重耐药鲍曼不动杆菌噬菌体及其裂解酶为研究对象,探讨和评价其在抗感染领域的应用潜力,深入解析裂解酶的作用机制,为噬菌体及其裂解酶的安全有效的应用提供研究基础。从患者病料样本中分离得到13株鲍曼不动杆菌临床株。针对12种抗生素的最小抑菌浓度测定结果表明,13株菌均为多重耐药菌,且都对碳青霉烯类抗生素具有耐药性。以这13株多重耐药鲍曼不动杆菌分离株为宿主菌,从污水中筛选获得3株不同的鲍曼不动杆菌噬菌体,分别命名为D0、D2和D22。D0、D2和D22均为有尾目噬菌体,分别属于长尾科、短尾科和肌尾科。D0的噬菌斑较大,但透亮度不高,D2的噬菌斑透亮且带有半透明的晕环,D22的噬菌斑是透亮度高的针眼状。另外,3株噬菌体均对氯仿不敏感。在对噬菌体进行深入研究之前,通过全基因组测序评估噬菌体基因水平的安全性。分析测序结果可知,D0为环形双链DNA,D2和D22为线性双链DNA。D0、D2和D22的基因组全长分别为43051、39964和103539 bp,GC含量分别为45.48%、39.23%和37.45%。D0、D2和D22分别包含55、47和159个开放阅读框,具有已知功能的开放阅读框数目分别是27、24和34个。3株噬菌体的生活方式均为裂解周期,基因组中不存在溶原、耐药和毒力基因,说明3株噬菌体从基因层面是安全可靠的。以鲍曼不动杆菌分离株为指示菌测定噬菌体D0、D2和D22的宿主谱,选择合适的噬菌体组成鸡尾酒制剂。测定结果表明,D0、D2和D22分别可裂解13、5和1株菌。选取宿主谱较宽的噬菌体D0和D2组成噬菌体鸡尾酒,进一步通过体内外实验评估噬菌体鸡尾酒和单一噬菌体控制感染的效果。一步生长曲线的测定结果表明,噬菌体D0和D2的潜伏期分别为40和20 min,裂解量分别为39和80 PFU。在体外实验中,单一噬菌体D0的抑菌能力存在浓度依赖性,最佳MOI为100,而单一噬菌体D2的最佳MOI为0.01,抑菌效果可持续约8 h,之后噬菌体抗性突变体逐渐产生。噬菌体鸡尾酒的抑菌持续时间较长,抗性突变体的产生约在18h之后。延长噬菌体的作用时间,菌落计数的结果表明,作用后36 h内,噬菌体鸡尾酒组的活菌数目始终显著低于单一噬菌体组(P<0.01)。成功建立小鼠腹腔感染模型,鲍曼不动杆菌分离株AB9对小鼠的绝对致死剂量为3 × 106CFU/mouse。在小鼠腹腔感染模型中,单一噬菌体和鸡尾酒均对小鼠有保护作用。噬菌体鸡尾酒组和单一噬菌体D2组小鼠存活率分别为100%和90%,而单一噬菌体D0组小鼠存活率为50%。在小鼠血液中,单一噬菌体D2组噬菌体抗性突变体的比率显著高于单一噬菌体D0组和鸡尾酒组(P<0.01)。噬菌体D2的噬菌斑周围产生半透明晕环,该现象表明D2的酶类具有很好的抑菌潜力。因此,选择D2的裂解酶为研究对象,将其命名为Abtn-4。成功克隆表达Abtn-4,对其抑菌活性和作用机制进行深入研究。结果表明,Abtn-4具有外源性抑菌活性,浓度越高,抑菌效果越强。Abtn-4具有广谱抑菌和抑制生物被膜的活性,25株革兰氏阴性菌和7株革兰氏阳性菌均对其敏感,Abtn-4可有效抑制这些敏感菌株生物被膜的形成。另外,Abtn-4能有效抑制噬菌体抗性突变体AB9R、AB10R、AB11R、AB15R和AB16R的生长。激光共聚焦显微镜观察结果显示,裂解酶Abtn-4对细菌具有较强的吸附结合作用。生物信息学分析结果显示,具有外源性抑菌活性的革兰氏阴性菌噬菌体裂解酶Abtn-4、LysAB2、LysAB3、SPN9CC、LysABP-01和GN4均含有跨膜α螺旋,且表面均匀分布着带正电荷氨基酸残基。初步预测了裂解酶Abtn-4对革兰氏阴性菌的外源性抑菌作用机制,即通过静电吸附结合在细菌表面,再利用跨膜螺旋破坏细菌外膜,接触到肽聚糖层后,发挥酶活性水解肽聚糖,细菌结构完整性被破坏,内部渗透压变化,导致细菌破碎死亡。综上所述,本论文为噬菌体及其裂解酶治疗多重耐药鲍曼不动杆菌感染提供理论依据和研究基础。
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