结核分枝杆菌Lrp/AsnC家族转录因子Rv3050c的功能研究

来源 :西南大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tp20201892
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结核病(Tuberculosis,TB)是一种由结核分枝杆菌(Mycobacterium tuberculosis,Mtb)感染引起的致命性传染病。目前,结核病的治疗仍然是一个与人类身体健康息息相关的公共卫生问题。据2020年世界卫生组织(World Health Organization,WHO)报道,2019年全球有1,000万人罹患结核病。随着多耐药结核病(Multidrug-resistant TB,MDR-TB)和广泛耐药结核病(Extremely drug-resistant TB,XDR-TB)的出现,结核分枝杆菌与人类免疫缺陷病毒(Human immunodeficiency virus,HIV)的共感染,以及卡介苗(Bacillus calmette-guerin,BCG)疗效的不稳定,使得结核病的治疗变得更加复杂。链霉素是一种氨基糖苷类抗生素,主要用于治疗结核病。随着链霉素在临床上的使用,链霉素的耐药性问题也逐渐显露出来。结核分枝杆菌的16S r RNA(rrs)和核糖体蛋白S12(rps L)基因突变导致高水平的链霉素抗性,而gid B基因突变则导致低水平的链霉素抗性。氨基糖苷修饰酶的酶促反应使链霉素的羟基或氨基基团被催化,从而导致链霉素失去杀菌作用。值得注意的是,结核分枝杆菌对链霉素的摄取需要消耗电子传递链(Electron-transport chain,ETC)产生的质子动力势(Proton-motive force,PMF)。当质子动力势不充足时,链霉素会被阻挡在细胞外,难以与药物靶标结合,从而导致结核分枝杆菌产生链霉素耐药表型。结核分枝杆菌Lrp/AsnC家族是全局性(Lrp)/特异性(AsnC)转录调节因子,该家族的转录调节因子可以对细胞代谢进行全局性或特异性的调节,例如氨基酸代谢、中心代谢、耐药和持留等。本研究以结核分枝杆菌Lrp/AsnC家族转录因子Rv3050c为研究对象,探究其转录调控机制和对抗生素的耐受性。对Rv3050c进行生物信息学分析,发现其在分枝杆菌中具有较高的保守性。为了探究Rv3050c的功能,我们以野生型耻垢分枝杆菌为模式菌株,利用基因克隆技术成功构建过表达菌株Ms_Rv3050c和对照菌株Ms_Vec。通过药敏试验以及q RT-PCR等实验,发现过表达菌株Ms_Rv3050c能够显著地增强耻垢分枝杆菌对一线抗结核病药物链霉素的耐受性。为了进一步研究Rv3050c介导的链霉素耐药机制,我们在野生型耻垢分枝杆菌中敲除Rv3050c的同源基因Ms2309,获得敲除菌株ΔMs_2309,并且将p ALACE-Rv3050c重组质粒电转入敲除菌株感受态细胞进行回补。我们发现,ΔMs_2309菌株对链霉素敏感,且回补菌株能够恢复表型。考虑到链霉素的摄取涉及能量的消耗,在链霉素处理下检测了耻垢分枝杆菌菌株的质子动力势和NAD+/NADH比值,结果发现敲除菌株ΔMs_2309的NADH含量和质子动力势均高于耻垢分枝杆菌野生型菌株。其次,结核分枝杆菌具有复杂的转录调控网络,我们通过转录调控预测网络发现Rv3050c调控的靶基因可能是Rv0886和Rv3049c。通过凝胶迁移实验(Electrophoretic mobility shift assay,EMSA)和启动子活性实验证明了Rv3050c可以调控Rv0886和Rv3049c,并且Rv3049c的启动子活性强于Rv0886。最后,我们发现Rv3050c正调控Rv3049c启动子片段的23 bp。综上所述,该研究揭示了结核分枝杆菌转录因子Rv3050c的调控机制并发现其链霉素耐受机制,为耐药结核病的治疗提供了新的参考。
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