单增李斯特菌遗传多样性分析和LadR在生物膜形成中的功能

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单核细胞增生李斯特菌(Listeria monocytogenes,简称单增李斯特菌)是一种重要的食源性致病菌,致死率高达20~30%。它能在食品及其加工环境表面形成生物膜,是造成消费者持续性和致命性感染的重要原因之一。因此,研究单增李斯特菌生物膜的形成机制对防控该病原菌污染具有重大意义。单增李斯特菌LadR与霍乱弧菌Aph A二级结构高度相似,均属于Pad R蛋白转录调控家族,可能参与Lux S/AI-2群体感应调控生物膜的形成。本论文利用血清组-PCR和多位点序列分型(multi-locus sequence typing,MLST)分析食用菌源及其工厂环境102株单增李斯特菌分离株的血清组、克隆群(clonal complexes,CCs)和序列类型(sequence types,STs),结果表明血清组I.1(55.88%,57/102)和血清组II.2(42.16%,43/102)为优势血清组,ST8/CC8和ST87/CC87为优势STs,均占37.25%(38/102)。以优势菌株(血清组I.1,ST8)GIM798-1(WT)为出发株,利用同源重组技术和p KSV7温度敏感型质粒构建lad R缺失株(Δlad R)。以WT为对照,测定Δlad R在生长能力、运动性、溶血性、生物膜形成能力和苯扎氯铵(benzalkonium chloride,BC)耐受性等方面的变化,结果发现Δlad R的生长能力和运动性(p<0.05)增强;溶血性(p<0.0001)和早期生物膜形成能力(12-36 h,p<0.001)显著减弱,表明LadR正调控单增李斯特菌早期的生物膜形成能力;由于lad R基因缺失导致调控BC耐受性的mdr L(编码多药耐药外排泵Mdr L)的表达量显著上调,可能影响Δlad R浮游状态对BC的耐受性增强,而生物膜对BC的耐受性没有显著影响,利用MTT还原法测定生物膜细胞活性的结果发现单增李斯特菌生物膜对BC的耐受性与生物膜的生物量更相关。利用液相色谱-质谱联用仪(liquid chromatograph mass spectrometer,LC-MS)测定发现Δlad R胞内环二鸟苷酸(cyclic diguanylate,c-di-GMP)的水平显著减弱(p<0.05),表明LadR正调控单增李斯特菌胞内c-di-GMP的水平。通过RNA-seq分析Δlad R相对WT在转录水平上的差异,共有40个上调基因和17个下调基因表达具有差异性,通过RT-q PCR检测差异基因的表达量与转录组测序(RNA sequencing,RNA-seq)的数据较为一致,表明RNA-seq的数据较为准确。上调基因主要参与单增李斯特菌碳水化合物磷酸转移酶系统(phosphotransferase system,PTS),其中包含五个已经报道的基因簇(lmo0735-lmo0739、lmo2761和lmo2763-lmo2765、lmo2121-lmo2126、lmo2659-lmo2665和lmo2668、lmo1997-lmo2001),分别参与单增李斯特菌D-阿洛糖、D-纤维二糖、麦芽糖/麦芽糖糊精、D-阿拉伯糖醇/D-木糖醇和甘露糖的代谢调控。下调基因中有13个基因与单增李斯特菌的毒力相关,其中有11个基因受Prf A毒力激活因子调控。碳水化合物利用试验结果表明Δlad R在葡萄糖和/或麦芽糖为碳源时的生长能力显著高于WT,但生物膜形成能力显著低于WT,表明LadR可能通过负调控lmo2121-lmo2126的表达提高单增李斯特菌对葡萄糖和/或麦芽糖的摄取能力,进而影响生物膜的形成。另外,利用两种不同亲和纯化标签的原核表达载体进行lad R基因原核表达,结果发现p GEX-4T-1-lad R表达载体的蛋白可溶性表达高于p ET-28a-lad R,且两种原核表达载体表达的蛋白通过凝胶阻滞试验(electrophoretic mobility shift assay,EMSA)表明均具有活性,为后续研究LadR的功能和转录调控机理奠定了良好基础。综上所述,LadR可能通过调控单增李斯特菌碳水化合物PTS和Prf A及其调控的毒力基因的表达来影响生物膜的形成。
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