LuxS/AI-2型群体感应系统对VBNC状态大肠杆菌O157:H7复苏的调控研究

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活的不可培养(Viable but nonculturable,VBNC)状态是某些非孢子形成细菌在应对极端环境胁迫或压力时进化出的一种独特的适应策略。此状态细菌很难使用常规方法检测到,但仍保持代谢活性和致病性,在一定条件下会复苏,给食品安全以及人类身体健康构成极大威胁。作为常见食源性及水源性致病菌的大肠杆菌O157:H7已被证实可在食品加工储藏和自来水氯消毒过程中进入此状态。另外发现包含大肠杆菌O157:H7在内的多数食源性致病菌在密度较高时会出现分泌信号分子进行交流的现象,即群体感应现象(Quorum sensing,QS),此现象与VBNC细胞的复苏有一定关联。本论文通过-20℃低温及4 mg/L次氯酸钠这两种方式诱导大肠杆菌O157:H7野生株及lux S、rpo S基因缺陷株(?lux S/O157、?rpo S/O157)进入VBNC状态,然后从LuxS/AI-2型群体感应这一理念出发,探讨野生株和?lux S/O157的无细胞培养上清(Cell-free supernatants,CFS)以及体外合成AI-2的生物活性,继而研究CFS及不同浓度AI-2调控VBNC状态细菌复苏的情况。最后为了探索以细菌群体感应为靶点的群体感应抑制剂(Quorum sensing inhibitor,QSI)对VBNC细菌复苏的影响,使用乳酸、抗坏血酸、肉桂醛、山奈酚进行复苏延迟作用的研究。主要研究结果如下:1.缺陷株?lux S/O157、?rpo S/O157虽与大肠杆菌O157:H7野生株相比,生长曲线和运动性无明显差别,但缺陷株对环境的耐受能力差,会更快进入VBNC状态。借助倒置荧光显微镜观察发现,进入VBNC状态细菌经AODC法处理后菌体形态从正常状态的不规则短小杆状浓缩为球形或椭圆形。经DVC法处理后菌体会伸长或变大。2.VBNC状态3种菌株在升温或者淬灭氯富营养条件下会复苏,野生株先复苏,而?lux S/O157在24 h内不能复苏。从大肠杆菌O157:H7野生株中分离出的CFS能诱使3种菌株提前复苏,而从?lux S/O157中分离出来的CFS并不能达到相同的效果,利用哈氏弧菌报告菌株检测AI-2活性值时发现?lux S/O157的CFS中AI-2活性极低。体外合成的AI-2能提前复苏3种VBNC状态菌株,但因菌株不同、诱导方法也不同,实验中使用的AI-2的100 n M、500 n M、1000 n M这3种浓度对其复苏效果也并不相同,并且通过计算实验细胞恢复可培养性理论生成时间,确定了细胞发生了真正的复苏而不是从一个小的、不可检测的群体中生长出来。借助倒置荧光显微镜观察发现复苏后的细菌菌体形态和大小趋近于正常菌体。另外,利用Real-time PCR比较添加AI-2复苏的VBNC野生株与正常未诱导野生株的8种基因相对表达量,发现AI-2复苏后野生株的fli C和hly E基因表达量与正常野生株相近,rpo A基因表达量略微上调,与细胞膜相关的omp X和pho E基因表达量略有下调,而lsr R、stx2A和ycg R基因表达量明显下调。3.通过研究添加乳酸、抗坏血酸、肉桂醛、山奈酚后其对大肠杆菌O157:H7的CFS的AI-2活性的抑制作用,筛选得出抑制效果较好的QSI为肉桂醛和山奈酚(1/2MIC浓度抑制率均高于70%)。然后通过研究四种QSI对VBNC细菌复苏情况的影响,发现肉桂醛延迟复苏时间最长(对3种菌的延迟都超过13 h)。另外,对添加1/2MIC浓度的肉桂醛延迟复苏的野生株与正常野生株及AI-2复苏的野生株进行Real-time PCR试验时发现,fli C、hly E、lsr R、omp X、pho E、rpo A、stx2A、ycg R这8种基因相对表达量均呈现明显降低。这些结论也从侧面说明AI-2促进VBNC状态细菌复苏过程需要通过群体感应调节途径来协同作用,如果抑制群体感应系统(比如添加可抑制LuxR类群体感应系统调节器的肉桂醛),可阻碍复苏过程。本论文探讨LuxS/AI-2型群体感应系统与VBNC细菌复苏的关系,筛选群体感应抑制剂对VBNC状态E.coli O157:H7复苏的影响,研究其干扰复苏的调控机制,为以干扰群体感应靶点的不同状态食源性致病菌防控提供新思路,具有重要的理论价值和现实意义。
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