發(fā)布時間：2019-01-16 08:22

【摘要】： 近年來的研究發(fā)現(xiàn),細胞之間的信息交流不單單存在于多細胞生物中,細菌的細胞之間也存在著相互交流來協(xié)調(diào)行為方式。細菌在增殖的過程中,會產(chǎn)生一些次級代謝產(chǎn)物,有些次級代謝產(chǎn)物可以作為化學(xué)信號在細菌細胞間傳遞信息。這種信號分子的濃度會隨著細菌的增殖而在胞外積累,即信號分子的濃度反映了細菌細胞的密度。當(dāng)信號分子積累到一定的閾值濃度時,可被細菌感知,與相應(yīng)的受體結(jié)合后在群體范圍內(nèi)引發(fā)一系列的基因調(diào)控,使細菌能在多細胞水平上采取協(xié)調(diào)一致的行動來完成一些重要的生理學(xué)功能,如生物發(fā)光、生物膜的形成、細胞分化、運動性、致病菌的毒力因子的誘導(dǎo)、抗生素與細菌素的合成等。這些重要的生理功能單憑細菌個體是無法完成的。這種信號分子稱為自誘導(dǎo)物,這一過程稱為群體感應(yīng)或密度依賴的基因調(diào)控,這一調(diào)控系統(tǒng)稱為群體感應(yīng)系統(tǒng)。大多數(shù)細菌都有群體感應(yīng)系統(tǒng),在革蘭氏陰性細菌中的種內(nèi)信號通訊使用的語言是�；呓z氨酸內(nèi)酯(AHLs),革蘭氏陽性細菌利用寡肽作為信號分子實現(xiàn)種內(nèi)細胞通訊。不同種的細菌之間也能進行交流,交流所用的語言是Autoinducer-2 (AI-2),這種信號分子存在于大多數(shù)細菌中,是目前所知的唯一能進行種內(nèi)和種間交流的通用語言。AI-2由LuxS催化合成,luxS基因廣泛存在于革蘭氏陰性細菌和革蘭氏陽性細菌中,且具有很高的保守性。LuxS是細菌硫代謝中甲基循環(huán)中一個代謝酶,在代謝過程中AI-2作為副產(chǎn)物被合成。所以LuxS肩負著代謝和信號傳遞的雙重功能,因此成為近年來研究的一個熱點。但是針對于某一種細菌來說,AI-2信號系統(tǒng)通常不是起到主導(dǎo)地位的群體感應(yīng)系統(tǒng),和主要的群體感應(yīng)一起共同參與基因的調(diào)控,所以研究起來相對比較困難。目前有很多研究證明LuxS/AI-2在多種細菌中能發(fā)揮信號調(diào)控功能,參與調(diào)控這些細菌一些重要的生物學(xué)途徑,如在哈氏弧菌Vibrio harveyi中參與調(diào)控生物發(fā)光現(xiàn)象,在大腸桿菌Escherichia coli中參與調(diào)控生物膜的形成,在霍亂弧菌Vibrio cholerae中參與調(diào)控致病性,在鏈球菌Streptococcus anginosus中參與調(diào)控其對抗生素的敏感性等。然而在可以廣泛引起人畜疾病的革蘭氏陽性菌金黃色葡萄球菌中,LuxS/AI-2系統(tǒng)是否具有信號調(diào)控的功能,如果有信號調(diào)控功能,AI-2群體感應(yīng)系統(tǒng)參與哪些生理功能的調(diào)控,調(diào)控的方式如何等等問題還沒有詳細的研究報道。 金黃色葡萄球菌在環(huán)境中無處不在,能引起醫(yī)院或社區(qū)獲得感染,是一種非常重要的條件致病菌。金黃色葡萄球菌的感染能引起人畜多種疾病,從皮膚的淺表感染如丘疹、膿包、疥瘡、燙傷樣皮膚綜合癥,到可以致死的深層感染如肺炎、腦膜炎、骨髓炎、心內(nèi)膜炎、中毒性休克綜合癥以及敗血癥等。金黃色葡萄球菌之所以有很強的致病性,主要歸結(jié)于其能產(chǎn)生大量的毒性因子。這些毒性因子包括在金黃色葡萄球菌在生長的延滯期和對數(shù)前期表達的細胞表面毒力因子,如表面蛋白、超抗原、一些抗吞噬因子等,這些毒素因子能促進細菌在宿主表面的粘附。在對數(shù)后期和穩(wěn)定期生長階段,金黃色葡萄球菌表達的毒性因子主要是一些分泌到胞外的酶和外毒素等,能夠促進對宿主的入侵和感染。這些毒性因子的產(chǎn)生與生長周期相關(guān),大多都受金黃色葡萄球菌中已知的群體感應(yīng)系統(tǒng)Agr系統(tǒng)的調(diào)控,同時也受一些重要的調(diào)控子的調(diào)控。金黃色葡萄球菌中也存在LuxS,而且具有合成AI-2的活性,因此我們感興趣的是它是否能作為信號分子參與基因的調(diào)控。 本課題通過基因芯片和實時熒光定量PCR等技術(shù)分析比較了金黃色葡萄球菌標準菌株NCTC8325的野生型、luxS基因敲除菌株以及在敲除菌株中添加外源AI-2時,這些菌株基因表達轉(zhuǎn)錄譜的差異。結(jié)果顯示在luxS基因敲除菌株中莢膜多糖(Capsular Polysaccharide, CP)基因cap和二元信號系統(tǒng)kdpDE的轉(zhuǎn)錄水平都發(fā)生了變化,并且改變的水平能被AI-2回補。CP是金黃色葡萄球菌所產(chǎn)生的毒性因子之一,屬于細胞表面成分,在侵染過程中能夠起到抗吞噬的作用使細菌免受宿主免疫細胞殺傷。有趣的是被報道的能調(diào)控cap操縱子的調(diào)控子如yabJ-spoVG, arlRS, agr, sbcDC, ccpA, mgr, sae,以及sarA等的轉(zhuǎn)錄水平在luxS敲除菌株中都沒有變化。因此我們推測,金黃色葡萄球菌中AI-2群體感應(yīng)系統(tǒng)應(yīng)該是通過一個未知的途徑調(diào)控CP的轉(zhuǎn)錄。KdpDE由感應(yīng)蛋白KdpD和效應(yīng)蛋白KdpE組成一個二元信號系統(tǒng),最先在大腸桿菌中被闡述與環(huán)境中K+缺少或高滲透壓有關(guān)。在致病菌結(jié)核分枝桿菌Mycobacterium tuberculosis中kdpDE基因敲出后能導(dǎo)致其毒性增強,金黃色葡萄球菌中也存在KdpDE系統(tǒng),雖然有報道它受環(huán)境壓力的調(diào)控但是目前還沒有具體功能的研究報道。為了研究KdpDE和CP之間關(guān)系,我們獲得了kdpDE敲除菌株,發(fā)現(xiàn)kdpDE敲除后,CP的轉(zhuǎn)錄水平下降,DNA凝膠阻滯實驗證明了KdpE可以結(jié)合到cap基因的啟動子上直接調(diào)控其表達。kdpE基因敲除和互補以及KdpE磷酸化位點突變實驗證明了KdpDE系統(tǒng)是通過磷酸化傳遞途徑實現(xiàn)其對莢膜多糖表達的調(diào)控。細胞吞噬實驗顯示AI-2作為信號分子能調(diào)控生物膜的形成和細菌的抗吞噬能力,此結(jié)果和莢膜多糖的轉(zhuǎn)錄水平一致進一步驗證了證明了我們的推測,即AI-2群體感應(yīng)系統(tǒng)通過二元信號系統(tǒng)KdpDE調(diào)控莢膜多糖的表達進而影響一些表型的變化。此研究為LuxS/AI-2系統(tǒng)在金黃色葡萄球菌中的信號調(diào)控功能提供了直接的證據(jù),首次闡述了二元信號系統(tǒng)KdpDE在金葡菌中與致病性相關(guān)的具體功能,為金葡菌感染的治療提供了新的啟示。
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【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號】：R378

【共引文獻】

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1 宋水山,賈振華,邢志華,馬宏,高振賢,張霞;植物對細菌群體感應(yīng)系統(tǒng)的反應(yīng)[J];細胞生物學(xué)雜志;2005年04期

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1 王煒芳;密度感知信號系統(tǒng)在銅綠假單胞菌致大鼠肺部感染中的作用[D];中國人民解放軍軍醫(yī)進修學(xué)院;2004年

2 周q，

本文編號：2409641