迟缓爱德华氏菌糖基转移酶MltA的功能研究

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迟缓爱德华氏菌(Edwardsiella tarda)是目前水产养殖业中具有极大危害的革兰氏阴性病原菌。其宿主范围广,从鱼类、两栖类、爬行类直到哺乳类都有该菌感染的病例报道;更为重要的是,Edw. tarda除了给水产养殖造成巨大损失外,还是一种重要的人畜共患病病原菌,也是爱德华氏菌属中唯一感染人类的成员,对人类的健康造成了威胁。Edw. tarda的致病性受到多因素的调控,其中一些毒力相关因子已经被证实,包括摄铁系统、溶血素、吞噬细胞毒杀作用、III型和VI型分泌系统、生物膜的形成、上皮细胞的侵染。然而,关键性毒力因子尚不明确。为了预防和治疗迟缓爱德华氏菌病,深入地研究Edw. tarda的致病机理是十分有必要的。糖基转移酶是一类自溶素,能够切割肽聚糖N-乙酰胞壁酸和N-乙酰葡糖胺之间的β-1,4糖苷键,形成1,6-二酸酐胞壁酸残基。根据氨基酸序列相似性和一致性基序,已知和假定的糖基转移酶被划分为四类。迄今为止,糖基转移酶已经被证实参与许多细胞过程,包括细胞生长和分裂、细胞壁再生、运动性、药物抗性、蛋白分泌、分化和致病性。Edw. tarda EIB202基因组注释显示存在一个假定的膜绑定的糖基转移酶基因ETAT0715。该基因被预测编码含有383个氨基酸的蛋白,该蛋白的C末端有一个3D结构域,该结构域与大肠杆菌糖基转移酶A中的C末端结构域有75%的一致性。因此,该基因被命名为mltA,假定蛋白被预测具有糖基转移酶的功能。为了阐释Edw. tarda中MltA的功能,本研究首先构建了框内mltA缺失突变株ΔmltA和mltA过量表达菌株mltA+;然后分别比较缺失突变株、过量表达菌株和野生株在生物表型、抗生素敏感性和致病性等方面发生的变化。本研究利用重叠PCR和由自杀质粒pRE118介导的二次同源重组成功构建了缺失突变株ΔmltA。首先利用PCR扩增得到mltA的上下游片段;然后利用重叠PCR将上下游片段连接起来,测序后克隆至线性pRE118质粒;将得到的质粒依次转入大肠杆菌SY327、SY17-1后与Edw. tarda野生株EIB202进行接合;接合子中的重组质粒与基因组发生二次同源重组后,用含有10%蔗糖的TSA平板筛选得到不含有自杀质粒pRE118的mltA缺失突变株。通过将携带有卡那霉素抗性基因(Kanr)和完整mltA(包括启动子区域)的片段的低拷贝质粒pACYC184K电转化入mltA缺失突变株后成功构建了mltA过量表达Edw. tarda菌株。研究结果表明:在抗生素敏感性试验中,一定浓度的氨苄青霉素促进野生株然而却明显抑制过量表达菌株中MltA的表达;与野生株相比,缺失突变株ΔmltA和过量表达菌株mltA+对β-内酰胺类抗生素的敏感性显著增强。在压力存活实验中,Edw. tarda中MltA的失活和过量表达均降低了该菌在寡营养和高渗透压环境下的生存能力;在EDTA存在时,与野生株相比缺失突变株的自溶率下降,然而过量表达菌株的自溶率显著提高。野生株和缺失突变株的生长速度并无明显差异,然而过量表达菌株与前两者相比生长速度略微降低。在泳动性实验中,与野生株相比,mltA+的运动能力显著增强而ΔmltA的运动能力有所减弱。在生物膜实验中,野生株、ΔmltA和mltA+在体外形成生物膜的能力虽存在显著差异然而数值较小,并且三株菌均不能在垂死斑马鱼内脏组织表面形成可观察到的生物膜。脂多糖的SDS-PAGE电泳分析显示,与野生株相比,ΔmltA在几种低分子量LPS的合成上有所下降,而mltA的过量表达则导致另外两种低分子量LPS的合成增加;LPS注射实验表明,合成量增加的低分子量LPS增强了Edw. tarda对斑马鱼的致病性。在攻毒实验中,与野生株相比,ΔmltA的LD50提高了一个数量级,但两者并无显著性差异;mltA+的LD50降低了两个数量级,致病性显著增强。以上结果表明糖基转移酶MltA对Edw. tarda抵抗β-内酰胺类抗生素和环境压力、自溶、脂多糖合成和致病性方面起到重要作用。本研究首次报道了迟缓爱德华氏菌MltA具有毒力相关功能,为进一步研究迟缓爱德华氏菌的致病机理奠定了基础。
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