志賀氏菌(Shigella)又名痢疾桿菌，是隨著人類進(jìn)化而發(fā)展起來的重要腸道致病菌，引起人的細(xì)菌性痢疾。大腸桿菌(Escherichia coli)又名大腸埃希氏菌，一些特定的O-抗原血清型引起人類的腹瀉與尿道感染(如大腸桿菌O15)，嚴(yán)重者可導(dǎo)致腎衰或死亡(如大腸桿菌O157，O111，O121)。志賀氏菌與大腸桿菌的進(jìn)化地位十分接近，有許多共同的生化和分子遺傳學(xué)特征。 O-抗原是革蘭氏陰性菌最主要的表面多糖抗原，由于長期受到來自宿主的選擇壓力，具有非常豐富的多樣性，大腸桿菌有166種O-抗原，志賀氏菌有33種O-抗原，其中13種O-抗原為二者所共有。合成O-抗原的基因是研究分子進(jìn)化的最好的材料之一。 本文通過對4株志賀氏菌和4株大腸桿菌的O-抗原基因簇的分子鑒定和對1株非常特殊的大腸桿菌的基因組上O-抗原常見位點的分子鑒定，以及對O-抗原特異基因(糖基轉(zhuǎn)移酶基因和寡糖單位處理酶基因)序列與對O-抗原基因簇兩側(cè)序列(持家基因序列和非編碼序列)的生物信息學(xué)分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)： O-抗原多樣性可以通過O-抗原基因簇在細(xì)菌種屬間和種屬內(nèi)的DNA橫向轉(zhuǎn)移形成。痢疾志賀氏菌7型的O-抗原基因簇與一個遠(yuǎn)緣的水生微生物Shewanella oneidensis的一段表面多糖基因簇在整體水平上有較高的同源性，二者是從一個共同祖先進(jìn)化來的，這是細(xì)菌表面多糖抗原基因簇在種屬間橫向轉(zhuǎn)移的一個新的典型證據(jù)，以前所知道的表面多糖基因簇在種屬間的橫向轉(zhuǎn)移都發(fā)生在親緣關(guān)系很近的菌中，這是首次發(fā)現(xiàn)兩個遠(yuǎn)緣的種屬間的表面多糖基因簇的橫向轉(zhuǎn)移。鮑氏志賀氏菌11型與大腸桿菌O105具有相同的O-抗原，二者O-抗原基因簇中的基因和結(jié)構(gòu)也是完全相同的。同時，二者共有一個特殊的特征區(qū)別于常見的O-抗原基因簇——一個與其它基因方向相反的wzx基因，說明鮑氏志賀氏菌11型與大腸桿菌O105的O-抗原基因簇是先在二者中的一個菌里形成，又橫向轉(zhuǎn)移到另一個菌里的。這是細(xì)菌表面多糖抗原基因簇在種屬內(nèi)橫向轉(zhuǎn)移的一個新的典型證據(jù)。插入序列在細(xì)菌產(chǎn)生新的O-抗原形式中也起重要作用，大腸桿菌O3，O15和O57的O-抗原基因簇都是在插入序列的作用下形成的。O-抗原基因簇兩側(cè)的持家基因和非編碼序列，以及O-抗原基因簇中的插入序列都可以介導(dǎo)O-抗原基因簇的橫向轉(zhuǎn)移。同時發(fā)現(xiàn)O-抗原基因簇中的3類主要基因有著不同的來源和進(jìn)化歷史，O-抗原基因簇是經(jīng)過其中基因的多次橫向轉(zhuǎn)移形成的。 本文的研究還發(fā)現(xiàn)： 1．大腸桿菌O57基因組上的O-抗原基因簇常見位點(galF基因和his操縱元之間)沒有O-抗原基因簇的存在，這是首次發(fā)現(xiàn)一株大腸桿菌的O-抗原基因簇沒有位于galF基因和his操縱元之間。galF和gnd基因之間存在O-抗原基因的殘余序列、完整的 南開大學(xué)博士畢業(yè)(學(xué)位)論文 O一抗原基因簇的調(diào)控序列和工S1與H一repeat插入序列，說明在大腸桿菌057中g(shù)a1F 和gnd基因之間也曾經(jīng)存在過O一抗原基因簇，但伴隨著插入序列的進(jìn)入而丟失了，新 的0一抗原基因簇可能在質(zhì)粒上或基因組上的其它位置。 2.用隱含馬爾科夫的方法構(gòu)建了新的O一抗原聚合酶和O一抗原轉(zhuǎn)運(yùn)酶的基序模型，可用于 生物信息學(xué)方法更好地對編碼這兩種酶的基因進(jìn)行鑒定。初步鑒定了2個糖基轉(zhuǎn)移酶 家族可能的保守區(qū)域，分析了糖基轉(zhuǎn)移酶的一級結(jié)構(gòu)、二級結(jié)構(gòu)與高級結(jié)構(gòu)之間的關(guān) 系，預(yù)測了一批糖基轉(zhuǎn)移酶的確切功能，為構(gòu)建和合成寡糖奠定了基礎(chǔ)。 3.鑒定了對4種志賀氏菌和7種大腸桿菌O一抗原特異的基因，對0一抗原特異基因PCR 方法的特異性和靈敏度在臨床分離的大腸桿菌和豬肉中進(jìn)行了檢測，發(fā)現(xiàn)0一抗原特異 基因PCR方法有很高的特異性和靈敏度。為建立志賀氏菌和大腸桿菌的分子分型系統(tǒng) 和基因芯片檢測平臺奠定了基礎(chǔ)。 4.本文鑒定了3對具有相同O一抗原的志賀氏菌和大腸桿菌，發(fā)現(xiàn)它們的O一抗原基因簇也 是相同的，同時通過對H一抗原的特異基因f1了C進(jìn)行測序，建立了可以區(qū)分具有相同 O一抗原的志賀氏菌和大腸桿菌的PCR快速檢測方法的基礎(chǔ)。 5.鑒定了80種肺炎球菌中的寡糖單位處理酶基因(二x和即狡獷)，并用生物信息學(xué)的方 法對其特異性進(jìn)行了預(yù)測，同時對其中的轉(zhuǎn)運(yùn)酶基因進(jìn)行了進(jìn)化分析。為建立肺炎球 菌的分子生物學(xué)分型系統(tǒng)和分子生物學(xué)快速檢測平臺奠定了基礎(chǔ)。
【學(xué)位單位】：南開大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2004
【中圖分類】：R37
【部分圖文】：

圖3超家族A和超家族B的晶體結(jié)構(gòu)(a)超家族A的晶體結(jié)構(gòu);(b)超家族B的晶體結(jié)構(gòu)Fig33D一struetureofmembersinsuPerfamilyAandB表2已測定晶體結(jié)構(gòu)的糖基轉(zhuǎn)移酶〔531e4ListofglyeosyltransferaseswithknownerystalstruetureteinsuperNameofglyeosyltransferaseilySoureeNo.Ofglyeosyltransf胡1lynsferaseyASPsA月‘︵洲一1，3一galaetosyltransferasep4Ga1TILgtC81343GlyeogeninGnTIp一l，3一glueuronyltransferase及又cl了了ussubtlljsbovinebovine從，jsserja叨eningjtjd1’srabbitrabbithtjman26

Fig33D一struetureofmembersinsuPe表2已測定晶體結(jié)構(gòu)的糖基轉(zhuǎn)Tab1e4ListofglyeosyltransferaseswithknoNameofproteinsuperNameofglyeosyltransferasefamilySoglyeosyltransferasesuPerfamilyASPsA一1，3一galaetosyltransferasep4Ga1TILgtCGlyeogeninGnTIp一l，3一glueuronyltransferase及又cl了subtllbovinebovine從，jsse叨eningrabbitrabbithtjmanglyeosyltransferaseGt刀‘

平均值38238.216033.5本文對67個大腸桿菌和志賀氏菌的O一抗原基因簇的啟動子和69個大腸桿菌和志賀氏菌的O一抗原基因簇上游的JUMPStart序列進(jìn)行了比較(見圖1)。得到O一抗原基因簇的啟動子的共有序列為TTGTTTeeagageggattggtaaGACAATtageG其一35區(qū)為TTGTTT，一10區(qū)為GACAAT，起始位點為G，這3個位點在大腸桿菌07里利用生物學(xué)方法鑒定過。JuMPStart的共有序列為eagtgetetggtagetgtaaageeaggGGCGGTAGegtgGCTGGTGG******存在一段tctggtag的序列，與細(xì)菌中的重組熱點chi序列GCTGGTGG很相似。其中一段oPS序列為GGCGGTAG，起到增強(qiáng)表達(dá)的作用。對O一抗原基因簇和gnd基因之間的非編碼序列的比對顯示(見圖2)，這段序列在不同O一抗原的菌之間同源性很低，只有在卯d基因前的SD序列區(qū)域的20個左右的堿基高度保守。其一致性序列為:CCCCTGACAGGAGTAAACAATG(Met)這段序列上游的區(qū)域表現(xiàn)出高度的多態(tài)性
【共引文獻(xiàn)】

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本文編號：2861406