舒伯特气单胞菌Ⅳ型菌毛缺失株构建及生物学特性分析

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近年来,以舒伯特气单胞菌为病原的类结节病在养殖鳢科鱼类中暴发,该病发病迅速、病程短、死亡率高,给鳢科鱼类养殖产业带来巨大危害。目前对于舒伯特气单胞菌研究较少,大多集中在该菌的分离鉴定及药物敏感性分析,而毒力因子和致病机制的研究还鲜有报道。细菌Ⅳ型菌毛(TypeⅣpili,T4P)是一种重要的毒力因子,在多种病原菌的致病过程中发挥作用。本研究发现舒伯特气单胞菌中存在T4P,全序列分析发现舒伯特气单胞菌基因组中存在T4P合成相关基因簇pilM/N/O/P/Q,利用同源重组基因编辑技术对该基因簇进行敲除构建pilM/N/O/P/Q缺失突变菌株Δpili,并对其生物学特性及在致病过程中的作用进行研究,结果如下:透射电镜观察舒伯特气单胞菌野生株WL-2菌体表面有束状细丝结构,进一步对野生株WL-2进行T4P蛋白提取,SDS-PAGE电泳分析发现一条22k Da的条带,结合前人的研究结果,确认该束状细丝为T4P。采用同源重组基因编辑技术构建pilM/N/O/P/Q基因簇缺失突变株Δpili,通过PCR检测及DNA测序确认pilM/N/O/P/Q的缺失,进一步通过透射电镜观察和Ⅳ型菌毛蛋白提取后SDS-PAGE电泳分析确认T4P在Δpili中的缺失。另外,研究还发现突变株菌落形态、溶血性、生长曲线与野生株无明显差异。突变株Δpili对酸和高盐环境更为敏感,对过氧化氢的耐受能力增强,生物膜形成能力增强,抗巨噬细胞能力增强。突变株Δpili的颤动能力、细胞粘附能力显著减弱;采用注射和浸泡两种攻毒方式检测突变株Δpili的毒力,结果显示注射感染时其与野生株的毒力无明显差异,而浸泡感染情况下突变株Δpili的毒力减弱。舒伯特气单胞菌野生株WL-2、突变株Δpili浸泡感染杂交鳢后,脾、肾组织的相关免疫因子表达变化规律基本一致,其中两个感染组脾、肾组织中IL-1基因相对表达水平最高,而IFN-γ基因相对表达水平呈缓慢上调的趋势;TCR和CD4基因的相对表达水平较低且呈平稳的趋势一直到实验结束;CC22、CD40两个基因相对表达水平较低,总体呈现感染初期迅速上调随后缓慢下调的趋势。综上,本研究首次发现舒伯特气单胞中存在Ⅳ型菌毛,采用同源重组基因编辑技术敲除T4P合成相关基因簇pilM/N/O/P/Q,成功构建了Δpili突变株,分析比较了野生株与缺失株生物学特性、鱼体致病特征、非特异性免疫应答方面的差异。本研究结果为舒伯特气单胞致病机制研究、疫病防控产品开发提供了重要的参考。
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