单增李斯特菌谷胱甘肽合成酶GshF介导的环境适应性和感染机制研究

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单核细胞增多性李斯特菌(Listeria monocytogenes)简称单增李斯特菌,是一种人畜共患的革兰氏阳性菌。单增李斯特菌在不良环境中的生存能力极强,即使在酸性、碱性、高渗透压、低温等环境中也能够生存。单增李斯特菌极强的生存能力与其具有的抗氧化系统有关,单增李斯特菌具有两套抗氧化系统:硫氧还蛋白(Thioredoxin,Trx)和谷氧还蛋白(Glutaredoxin,Grx)系统。谷胱甘肽合成酶GshF(由lmo2770基因编码)所合成的谷胱甘肽GSH是谷氧还蛋白系统中的重要组成成分之一,在抗氧化过程中起到关键作用,而GshF在单增李斯特菌致病性中的具体作用机制尚未明确。因此,本研究利用分子、细胞、应激生物学等方法,探究GshF在单增李斯特菌抗氧化、鞭毛形成及感染过程中的作用机制。研究结果如下:利用同源重组方法构建gshF缺失株,并在此基础上构建回补株,对野生株、gshF缺失株及回补株的抗氧化应激、鞭毛形成及感染细胞的能力进行研究。运动性研究结果显示,单增李斯特菌缺失gshF后,其体外生长能力与野生株一致,但运动圈明显小于野生株。因此,我们进一步探究gshF对细菌鞭毛形成的影响。q RT-PCR结果表明缺失gshF后,鞭毛相关基因的转录水平下降,其中下降最为显著的基因是鞭毛温度调控蛋白基因gma R与鞭毛丝蛋白基因fla A。Western Blot结果显示缺失gshF后,鞭毛蛋白Gma R与Fla A的表达水平显著降低。之后,我们对gshF在李斯特菌抗氧化过程中的作用进行探究。利用含不同浓度不同种类的氧化剂(diamide和Cu2+)的BHI培养基检测缺失gshF后细菌的抗氧化能力,发现gshF缺失株的抗氧化能力显著低于野生株。然后检测了gshF在细菌感染细胞过程中的作用,结果表明在巨噬细胞J774A.1和RAW264.7中,gshF缺失株胞内增殖能力与野生株无明显差异;在成纤维细胞L929中,gshF缺失株胞间迁移能力与野生株无明显差异;在肠上皮细胞Caco-2中,gshF缺失株的黏附能力与野生株无明显差异,然而其侵袭能力与野生株相比显著降低(**p<0.01)。小鼠脏器增殖试验结果表明,gshF缺失株与野生株相比,在肝脏和脾脏中的定殖能力显著降低(***p<0.0001)。为进一步探究gshF在细菌抗氧化及毒力中的作用机制,将2 m M肼应激后的gshF缺失株和野生株进行转录组测序。测序结果表明,应激条件下,gshF缺失株中PTS系统相关基因lmo1997(ii A)、lmo2000(ii D)、lmo2001(ii C)、lmo2002;Gnt R家族转绿调控因子基因lmo2003、lmo2004;以及lmo1998、lmo1999等基因的转录水平明显高于野生株。利用q RT-PCR以及荧光报告系统验证转录组数据,结果与转录组数据一致。实验结果表明gshF的缺失使单增李斯特菌的运动性、毒力、抗氧化以及侵袭细胞的能力显著降低。综上所述,本研究以GshF为研究对象,探索了GshF在单增李斯特菌抗氧化、鞭毛形成以及感染宿主过程中的作用。本研究为深入探究单增李斯特菌抗氧化、鞭毛形成及细胞感染等生物学过程的具体机制奠定了基础,且在防控单增李斯特菌感染、保障公共卫生方面具有重要意义。
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