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随着研究的进展,近几年来科学家们逐渐发现并认识了生物体内广泛存在的一种新的RNA分子,即非编码小RNA(small non-coding RNA),它们的大小一般小于500bp,自身不能被翻译成为蛋白质,但是能够广泛影响了生物体生命活动的调节。目前,在真核生物中也已发现了诸如microRNA和siRNA等多种非编码小RNA分子。随着研究的深入,人们也在原核生物(特别是细菌)中发现了一种与真核生物小RNA相似度非常高的RNA分子,命名为了反式编码小RNA(trans-encoded sRNA);它们通过与功能基因互补配对以降低靶基因的翻译水平,并影响其稳定性。RNA干扰(RNAi)技术已经发展成为真核生物中研究表达调控的主要手段。迄今为止,同源重组,基因敲除等技术仍然是研究原核生物中基因表达的主要工具。所以在原核生物中建立一种类似于RNAi的基因沉默技术具有广泛的发展空间。
在前期的研究中,利用生物信息学的相关软件,分析了一些细菌内源反式作用小RNA的一级和二级结构,首次提出了细菌中反式作用非编码小RNA的设计原则。根据这个原则,分别针对大肠杆菌的内源和外源基因设计了一系列atsRNA,将它们转入宿主细胞后,通过检测目标基因的表达水平,发现了大部分atsRNA能够不同程度的沉默靶基因的表达,其中最高的干扰效率可达70%左右。建立了在细菌中研究基因功能的一种新方法。
为了进一步实现上述新方法的应用,如何实现对于针对某种靶基因的一系列atsRNA的筛选,方便而直观的将干扰效率高的atsRNA鉴别出来,进行了新的研究。在大肠杆菌中构建了双质粒筛选模型,选择了glmS和ompR两个内源基因作为靶基因,根据提出的设计原则,分别设计了G和R系列的atsRNA,通过测定与靶基因融合的报告基因lacZ(β-半乳糖苷酶)的活性,得到了各种atsRNA对于靶基因呈现出了不同干扰水平,其中最高者达到了70%左右。
通过以上实验得到了人工设计反式非编码小RNA在革兰氏阴性菌的基因沉默中起到了明显的作用,为了探讨该设计原则能否设用于革兰氏阳性菌中,又针对金黄色葡萄球菌的毒力基因设计了一系列atsRNA,但是没有发现它们对靶基因有明显的抑制效果。
综上所述,建立了一种实现atsRNA筛选的一种快速有效的方法,通过双质粒筛选模型,简单直观的比较不同atsRNA的干扰效率,并且通过报告基因活性的测定,间接的反映一些表现性不易检测的靶基因的表达水平。atsRNA筛选模型的建立是细菌中反式作用非编码小RNA设计原则的重要扩展和应用,具有较好的应用前景,可以为细菌感染的治疗做出新的贡献。