副溶血性弧菌噬菌体SHOU24的分离及特性的初步研究

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微生物致病菌引起的各种食源性疾病对人类健康产生严重危害,尤其是致病菌耐药性问题的出现使常规治疗陷入了困境。噬菌体是一类感染细菌的病毒,在自然界中广泛存在,具有严格的宿主特异性。比于传统的抗生素疗法,噬菌体具备特异性强、增殖能力强、自然界中广泛存在、对人体肠道无害、安全性高、对耐药菌株的再侵染性等特点。噬菌体分解后的产物为氨基酸和核酸残片,对人体和动物无害,也不会对环境或食品基质的固有微生物菌群产生破坏作用。当人们摄入含有噬菌体处理的食品时,可以视为自源性。适当条件下,噬菌体是以指数方式进行增殖,能有效增强抗菌的效果。随着超级细菌的出现和消费者对食品安全的重视,采用细菌的天敌——噬菌体及其所编码的裂解酶来控制食源性致病菌,为食源性致病菌的检查及生物防治开辟了一条新的途径。  副溶血性弧菌为革兰氏阴性菌,是一种重要的食源性致病菌。副溶血性弧菌容易污染各种海产品如虾、贝类、蟹和盐腌食品,夏秋季在港湾及沿海地区的检出量很高。但并不是所有的副溶血性弧菌都有致病性,含有耐热直接溶血素(thermostable direct hemolysin, TDH)和(或)耐热直接溶血素相关溶血素(TDH-related hemolysin,TRH)的副溶血性弧菌才有致病性。  为了探寻利用烈性噬菌体来有效控制水产品中致病性副溶血性弧菌,本研究分离得到一株对含致病性tdh基因有作用的副溶血性弧菌噬菌体SHOU24,测定了噬菌体SHOU24的相关生理特性,采用全基因组测序和生物信息学方法分析该噬菌体的基因信息,并且对SHOU24作为抑菌剂应用于食品中作了初步探究。以上结果为副溶血性弧菌噬菌体SHOU24作为抑菌剂应用于食品中提供了理论基础。本研究主要研究内容和研究结果如下:  1.致病性副溶血性弧菌噬菌体SHOU24的分离  从水产品市场的污水、东海取样,样品前处理后,采用0.22μm滤膜过滤。取上清液与32株含tdh基因的副溶血性弧菌和85株非致病的副溶血性弧菌共孵育,采用双层平板法37℃恒温培养来分离对副溶血性弧菌有感染作用的烈性噬菌体。培养6~10h,挑取单个噬菌斑,三次纯化后得到一株对含tdh致病基因有感染作用的裂解性噬菌体,命名为SHOU24。采用60%的甘油保存高效价的噬菌体SHOU24于-80℃条件下。  2.噬菌体SHOU24生理特性的测定、全基因组测序和生物信息学分析  采用负染方法,电镜观察噬菌体SHOU24为长尾噬菌体科。头部直径约为70nm,电镜观察呈六边形,尾部直径约为200nm,并且有尾丝结构。噬菌体的核酸分为双链DNA,双链RNA,单链DNA和单链RNA,长尾噬菌体的核酸基本为双链DNA,故推测噬菌体SHOU24的核酸为双链DNA。采用点滴法和双层平板法相结合的方法,测定噬菌体SHOU24的宿主谱,实验结果表明该噬菌体只能感染含tdh致病基因的副溶血性弧菌,且宿主菌都为实验室分离得到的菌株,对ATCC菌株和大流型菌株O3:K6并没有作用。测定效价为7.2×1010pfu/m的噬菌体SHOU24在不同温度和不同pH的条件下的稳定性。培养宿主菌至对数期(OD600值约为0.6),以MOI=0.01比例测定噬菌体SHOU24在37℃下的一步生长曲线。一步生长曲线的实验结果进一步表明该噬菌体为烈性噬菌体。采用液态法扩增噬菌体SHOU24,NaCl-PEG6000的方法纯化并浓缩噬菌体,为了满足基因测序的要求,采用CsCl不连续密度梯度离心获得1011-1012效价的高纯噬菌体,利用试剂盒抽提噬菌体的核酸,Nanodrop分光光度计测定核酸浓度,符合测序要求(200ng/μL)的核酸送去南方基因中心测序。基因测序结果表明噬菌体SHOU24的核酸大小为77,837bp,G+C含量为46.0%,采用Glimmer和Gene Mark分析该噬菌体有96个阅读框(ORFs),其中88个阅读框在NCBI蛋白数据库中有同源性。许多核心基因的同源性和其他无相关的细菌或病毒的同源性较高。噬菌体裂解酶以及和裂解相关的酶并没有注释出来,软件PHACTS分析该噬菌体为烈性噬菌体。噬菌体的基因为典型的模块基因,基因注释结果表明,噬菌体SHOU24含有和DNA复制代谢相关的基因、调节基因、组装机因、结构基因、其他功能的基因和可能性的蛋白区域。噬菌体的衣壳蛋白是非常重要的组成,但是噬菌体SHOU24的基因分析表明,该噬菌体并未注释到衣壳蛋白,可能原因为已报道的副溶血性弧菌噬菌体的基因库较小,没有搜索到与之匹配的相关蛋白,另外一种猜测为该噬菌体的衣壳蛋白可能是以两个或多个蛋白的形式表现出来。生物信息学分析的结果表明噬菌体SHOU24和弧菌的关联性不大。这种现象的产生和噬菌体所生存的生活环境有紧密联系。水产品市场下水道的污水含有多种细菌,噬菌体SHOU24在长期的生活历史中,和多种细菌间可能存在基因迁移或交换。  3.噬菌体SHOU24在食品中生物防控的初步研究  采用平板计数统计25℃条件下不同时间点即食虾中副溶血性弧菌的菌数。通过DMFit v3.0软件应用Baranyi生长模型拟合副溶血性弧菌的生长曲线,并根据拟合的生长曲线计算副溶血性弧菌的生长参数。结果显示,在噬菌体影响下,副溶血性弧菌的生长特性发生了明显变化,生长的延滞期(lag)从0 h(非处理组)增长至4.04 h(噬菌体处理组),最大菌数(D)减少了大约1 log CFU/g,但是对其生长速率的影响,并没有显著性差异。抑菌实验结果表明噬菌体SHOU24在常温条件下对即食虾中副溶血性弧菌的生长具有良好的抑制作用。
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