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大肠杆菌O157是产志贺毒素大肠杆菌(STEC)的主要血清型,可以引起人和动物的腹泻、出血性结肠炎,并可以进展为溶血性尿毒综合征、血栓性血小板减少性紫癜。已知产志贺毒素大肠杆菌的毒力因子主要有LEE毒力岛、溶血素、耐热肠毒素和志贺毒素(Stxs)。Stxs在100多个血清型的大肠杆菌中发现,它们是STEC的主要毒力因子之一。Stxs包括两个生物型:Stx1和Stx2,它们大都由溶源性噬菌体(Stx噬菌体)编码,Stx噬菌体的溶源转换与细菌分泌Stxs以及细菌毒力密切相关。所以对Stx噬菌体相关特性及Stx毒素诱导特征的研究有助于揭示噬菌体介导的毒力基因水平传播与毒素释放之间的相关性,从一个全新的、本质的角度来监测、预防、控制STEC O157的感染。
本试验采用二重PCR对62株大肠杆菌菌株进行stx基因检测,筛选到8株同时含有stx1和stx2基因的O157菌株,将这些菌株应用丝裂霉素C进行噬菌体诱导,MC1061作指示菌检测滤液中的噬菌体,PCR检测滤液中噬菌体DNA stx基因。制备抗大肠杆菌素的突变株MC1061(colicin)和Stx2噬菌体的溶源菌株MC1061(colicin)::Stx2,利用MC1061(colicin):Stx2作为指示菌筛选滤液中Stx2噬菌体以外的噬菌体。并对其中一株Stx2噬菌体A亚单位进行测序验证。结果显示8株大肠杆菌O157溶源菌株经丝裂霉素C诱导后均优先释放Stx2噬菌体,不释放Stx1噬菌体。通过多次纯化,获得8株Stx2噬菌体。通过比对发现Stx2噬菌体ΦPB0308-2 A亚单位核苷酸序列与GenBank中多株Stx2噬菌体(X07865、AP005154、AF548457、AP000363)相应序列的同源性高达99%。本试验不仅鉴定了大肠杆菌O157溶源菌株诱导后优先释放的是Stx2噬菌体,验证了stx基因在大肠杆菌菌株间的水平转移,同时还建立了指示多种Stx噬菌体的优化方法,将有助于对Stx噬菌体的进一步研究。
将实验室分离的8株Stx2噬菌体作为试验材料进行相关特性研究。采用随机引物法(Dig-dUTP)标记了789bp的stx2 基因片段作为探针进行Southern blot。测定Stx2噬菌体增殖效价、将其中的6株噬菌体进行电镜观察,并对其基因组大小、酶切片段的多态性和蛋白质组成进行了初步分析。Southern blot结果进一步验证了该8株噬菌体均为Stx2噬菌体,各噬菌体的增殖效价高,从108PFU/mL~1010PFU/mL不等。电镜下观察到的6株Stx2噬菌体形态基本一致,头部均为正六边形,尾部很短。各噬菌体之间存在着相同的蛋白结构模式,但是限制性内切酶片段长度表现出一定的多态性,噬菌体的基因组大小从48.0kb~65.3kb不等。
Stx2噬菌体能够介导stx基因在大肠杆菌菌株间的水平转移,而某些抗生素又能诱导Stx噬菌体的释放,但抗生素对Stx毒素的诱导作用还没有一个明确的结论。本试验选用丝裂霉素C作诱导剂,研究了诱导前后以及诱导后8h、12h、16h四个阶段滤液中Stx的表达量,毒素表达量采用WST-1细胞毒性检测试剂盒检测Vero细胞存活率的方法。试验结果显示各阶段之间Vero细胞存活率的差异极显著,不仅诱导前后细胞存活率差异极显著,而且诱导8h、12h、16h之间细胞存活率差异也极显著。诱导后Stx毒素的表达量显著增加,且随着诱导时间的延长毒素的表达量继续增加,但增加的幅度逐渐减缓。本试验确定了丝裂霉素C可以诱导细菌Stx毒素的表达,增强细菌的毒力。