鸭疫里默氏菌荚膜多糖输出外膜蛋白wza基因缺失株的构建及功能研究

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利用生物信息学分析软件初步确定鸭疫里默氏菌基因组中存在荚膜多糖输出基因簇及其具有多糖输出功能的wza基因,构建wza基因缺失株,初步验证wza基因在鸭疫里默氏菌在致病性、生物膜形成、抗生素抗性、抗血清杀伤作用、细胞黏附与入侵以及荚膜形成等生物学特征中所发挥的作用,主要结果如下:1 wza基因的生物信息学分析wza基因全长为726 bp,在其开放阅读框上游11 bp处具有典型TATA启动子结合位点。此外,在wza基因下游,具有调节荚膜多糖输出的酪蛋白激酶wzc基因、多个荚膜多糖合成相关的糖基转移酶基因以及脂质合成相关基因。该基因所编码的Wza蛋白由241个氨基酸组成、分子量约26.6KD。经过氨基酸序列比对分析,发现Wza蛋白与黄杆菌科细菌的多糖转运子具有较高相似性。保守功能域搜索发现,该蛋白具有Poly_export family功能域,其主要功能是负责多糖的输出。亚细胞定位预测发现其为一个外膜蛋白中的荚膜多糖输出外膜蛋白Wza。Wza蛋白的二级结构主要组成成分为:α螺旋(23.24%)、延伸链(30.29%)、β折叠(14.11%)以及无规则卷曲(32.37%)。最后,使用同源建模的方法,使用SWTSS-MODEL程序构律了鸭疫早默氏菌Wza蛋白的三级结构。2鸭疫里默氏菌CH-1Δwza缺失株的构建本次缺失株的构建:利用自杀质粒pYA4278通过同源重组的方法将wza基因的开放阅读框中的704 bp敲掉。采用重叠PCR技术构建wza基因左臂、右臂、spc三片段的融合PCR片段Awza-spc。自杀质粒pYA4278经AdhI酶切后具有T克隆载体的T粘性末端特征,本文直接将Awza-spc融合片段克隆到pYA4278上构建了pYA4278-Δwza-spc重组自杀质粒。将含有pYA4278-Δwza-spc的大肠杆菌X7123与鸭疫里默氏菌CH-1株进行接合转移,筛选获得CH-1Δwza缺失株并经PCR鉴定正确。3鸭疫里默氏菌wza基因的部分功能初探wza基因的缺失导致鸭疫里默氏菌的生长减慢,其菌落特征基本无变化。使用透射电镜观察发现,缺失株的荚膜明显变薄。结晶紫染色分析发现鸭疫里默氏菌CH-1是一株典型的生物膜缺陷株,其OD595仅为0.049;而CH-1 Δwza的生物膜形成能力却明显的增加,其OD595为0.269。荚膜主要成分是荚膜多糖,其具有很强的亲水性效果和抗氧化能力。通过抗干燥试验以及抗氧化试验的结果可以看出,缺少荚膜保护的CH-1 Δwza在干燥环境或者低浓度的双氧水条件下的存活率远低于亲本株。此外,表面疏水性试验结果显示缺失株的疏水性显著升高。选择常用的抗生素药敏纸片检测CH-1 Δwza和其亲本株的对抗生素的敏感性的差异,与亲本株相比,CH-1 Δwza对大部分抗生素的敏感性有明显提高,表明鸭疫里默氏菌荚膜多糖的荚膜与抗生素的抗性存在联系:其荚膜与多种细菌一样,是抵抗抗生素的天然保护屏障。补体杀伤试验表明亲本株在90%血清浓度下的存活率大约为85%,而缺失株的存活率为0。说明wza基因在鸭疫里默氏菌侵染宿主以及引起败血症方面发挥着巨大作用。4.Wza是鸭疫里默氏菌的一个毒力因子细菌对宿主细胞的黏附和入侵是细菌感染宿主的先决条件,而wza基因的缺失致使鸭疫里默氏菌细胞黏附力下降,数据显示CH-1 Δwza和亲本株在黏附试验中的黏附菌落数分别为5.8×104 CFU/孔和3.6x104CFU/孔。此外,通过测定CH-1 Δwza与亲本株的LD50,发现亲本株的LD50为5.62×107CFU/mL,而缺失株CH-1△wza的LD50为2.37x1010 CFU/mL。根据LD50值可以得出wza基因的缺失导致了鸭疫里默氏菌毒力下降了421倍。因此,wza基因与鸭疫里默氏菌的致病性具有一定的联系。
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