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淋病奈瑟菌（Neisseria gonorrhoiae）俗称淋球菌（gonococcus）,是淋病的病原菌,主要通过性传播,只感染人类,在男性常引起急性尿道炎,女性则一般表现为无症状感染,但病菌可向深部组织播散导致宫颈炎或不孕等严重后果。目前淋病没有可用疫苗进行预防,而治疗又因淋病奈瑟菌耐药性的日趋严重而越来越困难。全面理解淋病奈瑟菌的生物学特性可为淋病防治带来新的靶点。成簇规律间隔短回文重复序列（Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeat,CRISPR）是近年发现的细菌获得性免疫系统,可使细菌防御外源DNA的再次入侵,为细菌抵抗不利环境因素提供了保障。该系统由CRISPR簇、Leader序列和Cas蛋白编码基因等3部分组成,其中CRISPR簇由交替排列的保守性重复序列和特异性间隔序列组成。约90%古细菌和40%真细菌基因组中发现有CRISPR系统,但淋病奈瑟菌的CRISPR系统尚未见报道。我们前期用生物信息学技术分析显示在淋病奈瑟菌WHO-A株中存在CRISPR簇和Cas蛋白,并且发现CRISPR簇的间隔序列部分靶向自身基因,可能对细菌的生长活动具有某种调控作用。本研究旨在研究WHO-A株CRISPR簇与自身靶基因间的相互作用,为研究淋病奈瑟CRISPR系统的结构与功能积累资料。一、淋病奈瑟菌WHO-A株CRISPR簇自身靶基因的筛选与克隆运用CRISPRs Finder在线系统从前期测序获得的WHO-A株基因组DNA序列中筛查CRISPR系统,获得P1～P6和CL等7个CRISPR簇,同时用重复区比对法进行人工分析获得1个CRISPR簇FAl。对这8个CRISPR簇的所有间隔序列进行BLAST分析,发现这些间隔序列与多个淋病奈瑟菌自身基因具有同源性。进一步按照间隔序列-靶基因间存在≧18 bp匹配序列的原则在已公布基因组序列的所有淋病奈瑟菌株中查找靶基因,再将所筛选的候选靶基因与WHO-A株基因组信息进行同源性比较,从WHO-A株自身基因组中初筛出自身间隔序列所靶向的基因。考虑到靶基因中上游受到干扰时对其表达的影响更显著,从上述靶基因中按照匹配位点位于中上游且至少有连续18 bp以上序列完全匹配的原则作进一步筛查,最终获得3个自身靶基因,即前噬菌体蛋白基因NGFG01062、假定蛋白基因NGK0072和菌毛相关蛋白基因NGK2578。多个CRISPR簇中存在靶向NGK2578基因的间隔序列,且CRISPR簇CL中存在多个间隔序列前后靶向该基因,提示淋病奈瑟菌CRISPR系统对菌毛可能发挥着重要的调控作用。运用PCR技术分别扩增了 3个自身靶基因,插入到pET-GFP质粒中,重组载体pET-Targets-GFP导入到大肠埃希菌BL21中诱导表达,通过SDS-PAGE和荧光显微镜检测到靶蛋白-GFP的融合表达。二、利用重组大肠埃希菌分析淋病奈瑟菌CRISPR簇对自身靶基因的作用淋病奈瑟菌WHO-A株CRISPR系统的Leader与Cas蛋白的作用机制也不明确。但目前CRISPR/Cas9系统的结构与功能研究非常深入,Addgene提供的成熟载体pCas9中Leader与Cas9的作用方式非常明确,可作为研究未知CRISPR簇功能的理想工具。为在大肠埃希菌中借助pCas9系统研究淋病奈瑟菌WHO-A株CRISPR簇与靶基因间的相互作用,我们合成了筛选的CRISPR簇间隔序列并插入到pCas9中的克隆位点,构建重组质粒pCas9-S,导入含有靶基因表达载体pET-Targets-GFP的大肠埃希菌。重组菌用LB培养液传代,每代细菌分别在氯霉素和卡那霉素LB平板上活菌计数以分析间隔序列是否引导Cas9对靶基因发挥核酸酶的切割作用。结果表明,在pCas9-S导入的最初并没有发现其对靶基因产生明显作用。随着传代的进行,间隔序列P1S对靶基因NGFG01062、CLS4对靶基因NGK0072、CLS4和CLS5对NGK578基因都表现出了抑制效果,受体菌在含有卡那霉素平板上的CFU明显减少;qRT-PCR和SDS-PAGE分析显示靶基因的转录和蛋白表达水平明显下降。质粒提取提示,间隔序列对靶基因产生作用的过程中可能造成了含靶基因重组质粒的降解。间隔序列FAS1尽管不能降解靶基因NGK2578但可抑制靶基因的转录从而降低目的蛋白的表达量。三、淋病奈瑟菌WHO-A株CRISPR簇的转录分析及基因敲除载体的构建提取淋病奈瑟菌WHO-A株总RNA进行RT-PCR检测发现,以针对CRISPR簇CL的特异性引物可以扩增出明显条带;对总RNA进行转录组测序,发现存在与CRISPR簇CL部分序列完全匹配的转录产物,提示CRISPR簇CL可转录形成前体crRNA。为构建CRISPR簇CL基因敲除的淋病奈瑟菌突变株,设计了 6组针对CRISPR簇CL的sgRNA,插入pCas9的克隆位点获得打靶载体pCas9-sgRNA;同时克隆了淋病奈瑟菌CRISPR簇CL基因片段作为待敲除的靶基因。大肠埃希菌中证明特异性pCas9-sgRNA降解CL基因,pCas9-sgRNA转化淋病奈瑟菌WHO-A株构建突变株的实验正在进行中。另外还计划应用基于自杀载体的基因编辑技术对CRISPR簇CL进行突变,利用卡那霉素抗性基因kan替换了 CL基因的中间部分,获得的携带kan抗性筛选标记的CL上下游同源臂插入自杀载体pGMB152,构建了重组载体pGMB152△CL::Kan,为后期突变WHO-A株中CRISPR簇CL奠定了基础。