粪肠球菌噬菌体裂解酶Lys22的制备及其相关生物学特性测定

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抗生素的使用以及滥用,在自然界形成强大的抗生素筛选压力,使耐药菌株逐渐成为优势流行菌株,导致大量耐药性细菌引起的感染无法用抗生素治疗。因此,噬菌体疗法重新得到重视,但由于某些噬菌体本身携带毒力基因或大量功能不明基因,以及噬菌体严格的种属特异性等原因,限制了噬菌体的应用。而来源于噬菌体的裂解酶,由于其识别的部位是细菌细胞壁的保守结构,不易产生耐药性,而且通常具有比宿主菌更宽的裂解谱,被认为是极具潜力的抗生素替代品之一。肠球菌广泛存在于自然界、人和动物肠道,属于正常菌群成员。肠球菌本身具有较厚的细胞壁,而且可以通过多种途径获得耐药性,一旦引起感染治疗困难。2017年世界卫生组织公布的高度优先寻找抗生素替代物的细菌目录中,耐药性肠球菌占据第一位。在本研究中,我们克隆表达了带有6ⅹHis标签的肠球菌噬菌体LY0322的裂解酶并测定了其生物学特性和裂解活性,并把裂解酶命名为Lys22。为便于所表达的裂解酶的纯化,我们设计在该裂解酶的尾部(C端)添加6ⅹHis标签。通过在线蛋白数据库Swiss Server预测了携带6ⅹHis标签Lys22的三维结构,发现在该蛋白的N端仍可保留由两个组氨酸(52,160)和一个天冬氨酸(173)所构成的锌离子结合结构域;在C端仍具有类似于无标签蛋白的两个反向平行的β-折叠和一个α-螺旋。纯化的裂解酶Lys22通过BL21原核表达、两轮超滤离心及Ni纯化获得。随后,我们测定了裂解酶Lys22的相关生物学特性,主要包括裂解谱、杀菌活性及其在不同的p H、温度、EDTA、Na Cl等环境中的活性变化。结果发现,与其来源噬菌体相比,裂解酶Lys22拓宽了噬菌体LY0322的裂解谱;并且,裂解酶Lys22能够实现跨种属裂解,可裂解多种葡萄球菌,包括金黄色葡萄球菌、溶血葡萄球菌、表皮葡萄球菌、沃式葡萄球菌、科式葡萄球菌,这些对裂解酶Lys22敏感的葡萄球菌中包括耐甲氧西林和万古霉素的金黄色葡萄球菌。而且,裂解酶Lys22的杀菌效率与裂解酶的浓度成正比,且在p H为4-10、EDTA<50μg/m L、Na Cl浓度在0-100μM时,裂解酶Lys22能保持相对较高的活性。特别值得注意的是,裂解酶Lys22经过55℃处理30min后保持较高活性;经75℃的高温处理30min后,仍然具有活性,表明了裂解酶Lys22对高温具有较好的耐受性。形成生物膜是肠球菌最为重要的耐药机制及致病机制之一,所以本研究探讨了裂解酶Lys22对粪肠球菌生物膜的影响。首先,检测了粪肠球菌生物膜的形成基质曲线;其次,通过结晶紫定量法、激光共聚焦电子显微镜的方法证实了裂解酶Lys22能够抑制粪肠球菌生物膜的形成,而且能够破坏成熟的生物膜。最后,以牙本质标本片为载体,探究了裂解酶Lys22在牙本质片上对生物膜的作用;经过扫描电子显微镜观察发现,在牙本质片上裂解酶Lys22既可以抑制粪肠球菌生物膜的形成,也可以破坏已经形成的成熟生物膜,有效杀灭浮游的粪肠球菌和生物膜中的粪肠球菌。总之,本研究获得了一种耐高温、裂解活性高、可跨种属裂解粪肠球菌及多种葡萄球菌的裂解酶Lys22;裂解酶Lys22可抑制粪肠球菌生物膜的形成并破坏粪肠球菌的成熟生物膜。
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