肺炎链球菌（Streptococcus pneumoniae）是人类重要致病细菌,引起菌血症性肺炎和化脓性脑膜炎等严重疾病,致死率高。覆盖在该菌表面的荚膜多糖（Capsular polysaccharide,CPS）是其关键的致病因子和抗原,也是细菌分型的依据。根据荚膜多糖结构的差异将肺炎链球菌分为100个血清型。多数血清型在人鼻咽道中携带,只有少数血清型能够扩散到人体无菌部位导致侵袭性疾病。针对这些强毒血清型的多价糖疫苗在抗感染方面发挥了巨大作用。但随着糖疫苗及抗生素的广泛应用,近年来又出现新的血清型。它们通过丢失荚膜多糖的O-乙酰化修饰或支链结构,逃避人免疫系统的攻击成为新菌株。但是,荚膜多糖的O-乙酰化修饰（O-acetylation）和支链结构产生的分子基础以及与肺炎链球菌毒力的关系并不清楚,是亟需研究的科学问题。前期研究发现,荚膜多糖的化学结构和组成可影响荚膜厚度及细菌生物膜的形成,而O-乙酰基团能够被特异抗体识别。本课题以毒力强的疫苗血清型1和18C为研究对象,血清型1的荚膜多糖被O-乙酰化修饰,血清型18C的荚膜多糖含有位于支链的甘油磷酸和O-乙酰化葡萄糖。我们分别敲除了6个转移酶基因,获得相应的突变株。检测了突变株的抗原性,分离纯化突变株的荚膜多糖,用核磁共振色谱技术解析多糖结构,从而鉴定了这些基因的功能。我们揭示,在血清型1中,Wch C是O-乙酰基转移酶,负责对主链的半乳糖醛酸进行O-乙酰化修饰;在血清型18C中,Wci Y是甘油磷酸转移酶,Wci W是葡萄糖转移酶,分别将甘油磷酸和葡萄糖连接到主链半乳糖上,Wci X是另一个O-乙酰基转移酶,负责支链葡萄糖的O-乙酰化修饰。和野生株相比,突变株ΔWch C与抗血清的反应减少了9倍,突变株ΔWci Y、ΔWci W和ΔWci YΔWci W都失去与抗血清的反应,而ΔWci X与抗血清的反应不变,表明血清型1的O-乙酰化修饰和血清型18C的支链结构都是优势抗原,但支链葡萄糖的O-乙酰修饰并不是优势抗原。我们进一步研究比较了野生株和不同突变株的荚膜大小,体外生物膜的形成,对人鼻咽道上皮细胞、肺上皮细胞和巨噬细胞的粘附。并通过细菌滴鼻感染小鼠,检测了这些菌株在鼠鼻咽道形成的生物膜和对肺部的侵染;通过腹腔静脉注射细菌,检测了这些菌株对小鼠的致死率。结果表明,和野生株相比,除了ΔWci X外,其他突变株的荚膜变小,体外生物膜增加,对宿主细胞的粘附增强,侵入血液后对小鼠的致死率明显降低。血清型1的失去乙酰基团的突变株在小鼠鼻咽部的细菌数和生物膜都减少,而血清型18C的失去葡萄糖支链的突变株在鼻咽部形成更多的生物膜。这些结果揭示,血清型1荚膜多糖的O-乙酰化修饰和血清型18C的支链结构都增强了细菌的毒力,尤其是支链甘油磷酸比支链葡萄糖对细菌的毒力影响更大。而支链葡萄糖主要影响细菌在鼻咽道的定植,因此可能与细菌的传播和流行能力相关。而支链葡萄糖O-乙酰化修饰并不影响细菌的生物学功能及毒力。本研究全面阐明了血清型1和18C的荚膜多糖的O-乙酰化修饰和支链结构的遗传基础和生物学功能,揭示不同的O-乙酰化修饰和支链结构对细菌毒力的影响不同,为深入研究它们的作用机制奠定基础。本研究对强毒株和潜在的流行株的预测以及新疫苗的设计具有指导意义。