D-氨基酸对铜绿假单胞菌生物被膜形成的影响及机制探索

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目的:  铜绿假单胞菌(PA)是常见的多重耐药菌株,极强的生物被膜(BF)产生能力是其主要的耐药原因之一。研究显示 D-氨基酸能抑制多种细菌BF的形成,但其具体机制仍有待阐明。本实验从 D-氨基酸对 PAO1群体感应(QS)系统和毒力因子两方面的影响来探索D-氨基酸对 PA BF形成的抑制作用及其机制。  方法:  以 PAO1为研究对象,用结晶紫染色法半定量测定BF总量,从D-色氨酸(D-Trp)、D-酪氨酸、D-蛋氨酸、D-亮氨酸中筛选出抑制早期 BF生长效果最好的 D-Trp。分别用氯仿-盐酸萃取法,刚果红-弹性蛋白酶法,苔黑酚-浓硫酸法检测D-Trp对 PAO1产绿脓菌素、弹性蛋白酶、鼠李糖脂这三种毒力的影响。用实时荧光定量PCR法检测 D-Trp对 lasI、lasR、rhlI、rhlR、phzA、lasB、rhlA基因 mRNA表达量的影响。收集临床 PA,结晶紫染色测定 BF的形成能力,并分析多重耐药的PA(MDR-PA)与BF形成能力的关系。D-Trp联合阿米卡星、亚胺培南、头孢他啶,测定D-Trp联合前后抗生素对 BF形成能力“++”的临床 PA MIC的影响,验证 D-Trp是否能降低细菌耐药性。  结果:  (1)研究的4种D-氨基酸中,D-Trp对PAO1 BF形成早期的细菌粘附有最明显的抑制作用。D-Trp浓度为10 mM时,与对照组相比细菌的粘附率降低67.58%(P<0.05)。选取 D-Trp进行后续实验。  (2)D-Trp浓度为5和10 mM时,PAO1产绿脓菌素的含量分别减少15.58%和58.80%;D-Trp浓度为1、5和10 mM时,PAO1产弹性蛋白酶的含量分别减少9.08%、20.93%和23.32%(P<0.05)。D-Trp对 PAO1产鼠李糖脂的含量无明显影响(P>0.05)。  (3)实时荧光定量 PCR法检测发现不同浓度的 D-Trp对 PA QS系统中4个主要调控基因 lasI、lasR、rhlI、rhlR及绿脓菌素编码基因 phzA、弹性蛋白酶编码基因 lasB、鼠李糖脂编码基因 rhlA的 mRNA表达均有一定的抑制作用(P<0.05)。  (4)共收集临床 PA152株,结晶紫染色测定临床 PA BF的形成能力,发现 BF阳性菌中 MDR菌比 BF阴性菌多(P<0.05),BF阳性“++”的菌中MDR菌比阳性“+”的菌多(P<0.05)。D-Trp联合临床抗生素阿米卡星、亚胺培南、头孢他啶,针对14株 BF“++”的 PA, D-Trp分别能降低3、5、5株的MIC。  结论:  D-Trp可有效降低PAO1 BF形成早期细菌的粘附,可能的机制是D-Trp通过下调QS系统相关基因 mRNA的表达,降低绿脓菌素、弹性蛋白酶的产生,从而抑制早期 BF形成。临床菌株的研究进一步验证BF的产生是细菌重要的耐药机制之一,且D-Trp能一定程度上降低 PA的耐药性。本实验为D-Trp日后开发作为降低PA毒性及耐药性的抗菌辅剂奠定了一定的基础。
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