百里香酚对海豚链球菌的抑菌机制及其对斑点叉尾鮰的保护作用

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海豚链球菌(Streptococcus iniae)是一种人-兽-鱼共患病病原,可以侵入和感染人体引起炎症和败血症。链球菌病是一种世界性的鱼类细菌性疾病,具有宿主广,传染性强,死亡率高等特点,目前已经对全球水产养殖行业造成了巨大的经济损失。抗生素治疗是控制海豚链球菌感染的首选途径,但是抗生素的滥用以及监管不当,导致细菌耐药性不断增强以及多重耐药细菌的出现,给临床用药带来了重大挑战。因此,研发绿色、高效的新型药物具有重要意义。百里香酚是从天然植物精油中分离提取的抗菌剂,具有广谱抑菌效果。本文以濒死鲟鱼分离的S.iniae菌株HT18为研究对象,开展了百里香酚对该菌的抑菌效果研究,利用电镜、转录组学和定量PCR等技术探究百里香酚的抗菌机制,然后通过动物试验研究百里香酚对海豚链球菌感染斑点叉尾鮰的保护作用,为耐药性海豚链球菌病的治疗提供研究基础和科学依据。本论文的研究内容如下:(1)百里香酚对耐药性海豚链球菌的体外抑菌活性评价为探究百里香酚对耐药性海豚链球菌的体外抑菌活性,采用微量肉汤稀释法和平板菌落记数法测定百里香酚对耐药性海豚链球菌的最低抑菌浓度(Minimal inhibit concentration,MIC)和最低杀菌浓度(Minimum bactericidal concentration,MBC),采用分光光度法测定百里香酚对HT18生长的影响。通过电子显微镜、电导率、蛋白浓度、SDS-PAGE、乳酸脱氢酶(LDH)活性和DNA外渗量测定百里香酚对海豚链球菌菌体形态结构、细胞膜和细胞壁通透性的影响。结果显示,百里香酚对HT18的MIC和MBC分别为128和256μg/mL。2MIC(256μg/mL)百里香酚作用后,海豚链球菌细胞膜和细胞壁被破坏,细胞表现出异常增大和畸形分裂。与对照组相比,百里香酚作用后,菌液电导率和DNA外渗量显著增加,蛋白浓度和LDH活性显著降低。百里香酚对耐药性海豚链球菌有良好的抑菌活性,可以通过破坏细胞膜和细胞壁的完整性和影响细胞的二分裂抑制海豚链球菌的生长。(2)基于转录组学探究百里香酚对耐药性海豚链球菌的抑菌机制利用RNA测序技术(RNA-seq)对正常和2MIC(256μg/mL)百里香酚作用8小时的海豚链球菌进行了转录组测序分析,通过对差异表达基因(Differentially expressed genes,DEG)进行鉴定、基因本体论(Gene Ontology,GO)功能注释和京都基因与基因组百科全书(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes,KEGG)富集分析,探究百里香酚对海豚链球菌的抗菌机制。对转录组测序数据进行整理共得到64个差异表达基因,包括51个下调基因和13个上调基因;GO注释结果显示“催化活性”和“结合”是差异表达基因注释数量最多的两个亚类;KEGG富集结果显示差异表达基因显著富集于“AMPK信号通路”,有较多的DEGs富集在“ABC转运蛋白”和“DNA复制”。对DEGs功能探究,结果表明百里香酚可能通过抑制海豚链球菌正常分裂、抑制细胞壁的合成、影响生物合成、干扰能量代谢过程、抑制膜转运能力和干扰DNA和RNA的合成等途径抑制海豚链球菌的生长。(3)百里香酚对耐药性海豚链球菌感染斑点叉尾鮰的保护作用通过临床症状观察,累积死亡率统计、血清非特异性免疫酶的活性和各组织中海豚链球菌的负载量测定,探究百里香酚对HT18感染斑点叉尾鮰的保护作用。结果表明,百里香酚组14 d内的累积存活率为55%,显著高于攻毒组;与攻毒组相比,百里香酚组CAT、LZM和ACP活性分别增加54.21%,48.04%,29.09%;百里香酚组的斑点叉尾鮰组织中的载菌量显著低于攻毒组。因此,百里香酚能提高斑点叉尾鮰非特异性免疫水平,降低海豚链球菌在组织中的定植,提高海豚链球菌感染后斑点叉尾鮰的存活率。综上所述,百里香酚可能通过增加细胞膜的通透性、破坏细胞膜和细胞壁的完整性、干扰正常的二分裂、抑制细胞壁的合成、影响生物合成、干扰能量代谢过程以及造成DNA损伤抑制海豚链球菌的生长。此外,百里香酚还可以有效改善斑点叉尾鮰的非特异性免疫功能,降低海豚链球菌感染斑点叉尾鮰的死亡率和组织中海豚链球菌的含量。因此,百里香酚是治疗耐药性海豚链球菌感染的潜在有效药物。
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