危险罗尔斯通氏菌诱导单核细胞增生李斯特氏菌悬浮聚集体形成机制的初步研究

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单核细胞增生李斯特氏菌(Listeria monocytogenes,LM)是一种人畜共患食源性致病菌,能够耐受高盐、低温、营养贫瘠等环境。因此,食品在生产中极易受到LM的污染。危险罗尔斯通氏菌(Ralstonia insidiosa,RI)广泛存在于水环境中,能够很好地适应低营养条件,并产生聚集。实验室前期研究表明,LM在RI菌液或其无菌上清液的存在下,可以形成悬浮聚集体。本课题首先研究环境因素对LM悬浮聚集体形成的影响,利用实验室前期的转录组数据作为切入点,通过生物信息学分析统计差异表达基因,并根据基因功能注释和文献挖掘RI菌液或其无菌上清液促进LM形成悬浮聚集体的关键基因。通过构建目的基因的缺失株和回补株,研究该调控基因对于LM形成悬浮聚集体的调控作用。后期利用代谢组技术,分析不同营养浓度下培养得到的RI无菌上清液的关键代谢物,以便进一步验证关键代谢物在诱导LM悬浮聚集体形成过程中发挥的作用。本研究可以从基因水平和代谢水平上初步解析这些基因或成分对LM形成悬浮聚集体的影响程度和作用机制,为进一步探索食源性致病菌在食品加工环境中残留的原因提供参考,同时能够了解RI诱导LM形成悬浮聚集体的初步作用机制,以期为LM耐受不良环境的原因与食源性致病菌的控制提供理论支撑。具体的实验结果见下方:(1)环境因素对RI诱导LM形成悬浮聚集体的影响:本文研究了不同营养浓度、温度、转速、培养时间、盐浓度以及p H等因素对RI诱导LM形成悬浮聚集体的影响。结果表明:LM单独培养时不形成悬浮聚集体;而在RI的作用下,LM在1/5 TSB营养状态下于28℃和40 r/min培养24 h后的悬浮聚集体的形成程度最高。扫描电子显微镜的观察结果表明:在RI的作用下LM被诱导聚集,产生了较多的胞外多聚物。而且,高浓度的Na Cl和酸性环境不利于悬浮聚集体的形成。(2)悬浮聚集体的转录组分析和LM关键基因的敲除与回补:以实验室前期对LM悬浮聚集体的转录组测序为基础,进行转录组分析,结合与生物膜形成的相关文献,筛选得到可能与悬浮聚集体形成相关的差异基因(fli M、che A、che Y、mot A),这些基因与LM鞭毛组装和细菌趋化性相关。基于同源重组技术,利用温敏型质粒p MAD和整合型质粒p IMK2在LM菌株中构建出基因缺失株和回补株。基因缺失株和回补株生长曲线的结果表明,fli M、che AY(同时敲除che A和che Y)和mot A的缺失和回补未影响其正常生长,可以用于其他的实验研究。LM的基因che AY和mot A可能与关键代谢物存在相互联系。有两种可能的作用方式:关键代谢物使che AY或mot A的表达量增加;关键代谢物与che AY或mot A片段上的阻遏物结合,促进che AY或mot A表达。(3)基因缺失株和回补株的趋化性及其悬浮聚集体的形成能力:在RI及其无菌上清液的诱导作用下,研究了基因缺失株(LM△fli M、LM△che AY和LM△mot A)和基因回补株(LM△fli M-p IMK2-fli M、LM△che AY-p IMK2-che AY和LM△mot A-p IMK2-mot A)的趋化能力和形成悬浮聚集体的能力。结果表明:fli M、che AY和mot A基因编码的蛋白在LM趋化中起决定性作用,fli M、che AY和mot A的缺失未影响LM被RI诱导形成悬浮聚集体的能力,但che AY和mot A的缺失使LM几乎不能被RI无菌上清液诱导形成悬浮聚集体,可能是RI诱导LM形成悬浮聚集体途径不止一种,因为RI无菌上清液中的代谢物种类少于RI菌液,而且RI菌株在生长过程中能够持续产生代谢物,以供LM使用。(4)RI无菌上清液的关键成分分析:利用不同营养浓度肉汤(TSB、1/2 TSB、1/5 TSB、1/10 TSB)培养得到RI无菌上清液,发现1/5 TSB和1/10 TSB培养的RI无菌上清液可以诱导LM形成悬浮聚集体,1/2 TSB营养状态下有少量悬浮聚集体形成,但效果不明显,而TSB培养的RI无菌上清液无法诱导LM形成悬浮聚集体。通过温度(60℃、80℃、100℃、121℃)处理不同营养浓度肉汤(TSB、1/5 TSB、1/10 TSB)培养的RI无菌上清液,发现60℃及以上的处理使TSB肉汤培养的RI无菌上清液获得诱导LM形成悬浮聚集体的能力。同时,在80℃、100℃和121℃处理之后,1/5 TSB和1/10 TSB培养的RI无菌上清液的诱导能力分别是对照组的2.5倍和1.5倍。采用非靶向和广泛靶向代谢组学技术,以TSB肉汤培养的RI无菌上清液为对照,对1/5 TSB肉汤培养的RI无菌上清液和1/10 TSB肉汤培养的RI无菌上清液的关键代谢物进行差异分析。发现在营养贫乏的环境下,RI的氨基酸合成与代谢效率降低。将两组差异代谢物进行相似代谢物的筛选,发现31种成分可能是关键代谢物,氨基酸及其代谢物占比最大,然后是酚类成分和有机酸及其衍生物。
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