细菌双组分系统YycF/YycG对肺炎链球菌荚膜多糖和磷壁酸多糖生物合成的调控研究

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目的:细菌双组份系统(two-component system TCS)是广泛存在于微生物中的信号转导系统,可以使细菌在复杂多变的环境中感知并传导信号以维持自身生存。YycF/YycG双组份系统广泛存在于金黄色葡萄球菌和肺炎链球菌(Streptococcus pneumonia,S.pn)等低G+C含量的革兰氏阳性菌中,参与细胞壁代谢、生物膜形成、细胞分裂等多种生理调节。在S.pn中,YycF/YycG参与细胞壁代谢,脂肪酸合成和毒力调控,其编码反应调节子YycF蛋白的基因是细菌生长的必需基因。荚膜多糖(Capsular polysaccharide,CPS)是S.pn重要的毒力因子,英国生物学家Griffith在上世纪初就发现S.pn的CPS受环境信号的调控,但具体调控机制至今尚不明确。磷壁酸(Teichoic acids,TAs)是S.pn细胞壁主要组成成分,参与细菌的分裂、粘附侵袭等多种生物活动,也是S.pn重要的毒力因子。在枯草芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌等研究中显示,YycF/YycG双组份系统在细胞壁的新陈代谢、多糖合成、细菌分裂等方面扮演了重要角色。本研究旨在探究YycF/YycG双组份系统是否参与肺炎链球菌CPS和TAs的合成调控,并确定其对S.pn致病能力的影响。方法:通过JC(Janus cassette)反选的方法构建pcsB组成型表达菌株JH1002(Pc-PcsB+)。采用长臂同源多聚酶链式反应(long flanking homology polymerase chain reaction,LFH-PCR)技术用红霉素(erm)替代yycF基因构建yycF缺陷菌株JH1003;以D39链霉素抗性菌株(D39rpsl41)为背景菌株,采用JC(Janus cassette)反选的方法构建无插入基因的△yycG突变菌株JH1005。体外培养D39rpsl41、JH1002、JH1003、JH1005菌株,通过连续观测细菌的吸光度值(OD600)绘制生长曲线;光学显微镜下观察JH1003、JH1005菌株形态改变;Western blot,ELISA分析yycF和yycG突变菌株CPS和TAs含量变化;体外实验检测突变菌株抗巨噬细胞吞噬能力和细菌粘附侵袭能力改变;通过鼻腔滴入构建肺炎模型,观察小鼠生存率和细菌定植能力差异。结果:成功构建yycF突变菌株JH1003和yycG突变菌株JH1005;生长曲线结果显示,与JH1002(Pc-PcsB+)背景菌株相比,yycF缺陷菌株生长缓慢,且平台期缩短;yycG突变菌株生长较野生菌缓慢。镜下发现yycF和yycG缺陷后细菌分裂异常;Western blot实验结果显示,全菌裂解液中yycF,yycG缺陷后小分子CPS和TAs含量增多。EMSA结果显示,YycF蛋白与lic1启动子序列有特异性结合,但并未发现YycF蛋白与cps基因簇启动子有特异性结合;荧光定量PCR结果显示,yycF缺陷后,lic1启动子下游tarI基因的转录水平显著增高。粘附侵袭实验结果显示,yycF缺陷菌粘附能力减弱(P=0.006),侵袭能力无显著差异,yycG缺陷菌粘附(P=0.002)和侵袭能力(P=0.005)较D39rpsl41菌株均减弱。抗吞噬实验显示yycF缺陷后细菌抗吞噬能力较亲本菌株没有显著差异,yycG缺陷后细菌抗吞噬能力增强(P=0.013)。体内毒力实验显示,感染野生菌的小鼠全部死亡,感染JH1002,JH1003菌株死亡率分别为91.7%、75%,虽然二者没有统计学差异(P=0.183),但JH1003菌株感染组有降低趋势。JH1005菌株感染组死亡率比野生菌感染组显著降低(P=0.0005);定植结果显示,yycF缺陷菌株感染组的肺匀浆菌载量显著低于对照组(P=0.033),yycG缺陷菌株感染组的肺匀浆菌载量也显著低于野生菌感染组(P=0.006)。结论:肺炎链球菌YycF作为转录调节因子,可通过与TAs合成相关基因的启动子区域结合从而负调控细菌TAs的前体合成,同时负调控CPS的前体合成。yycF和yycG缺陷后细菌的致病能力减弱。
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