pfm基因对铜绿假单胞菌Ⅲ型分泌系统的影响

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铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa,PA)为一种常见的能够生存于多种自然生境和动植物组织中革兰氏阴性细菌。它是临床最普遍的引发院内严重获得性感染的条件致病菌,常引发急性或慢性感染,如烧伤伤口感染、下呼吸道感染、泌尿道感染以及医院获得性肺炎等。能够产生生物被膜的粘液型菌株可以定植在呼吸系统表面,引发肺囊性纤维化(CF)和弥漫性泛支气管炎等。它能够成功感染宿主细胞主要归功于它产生并分泌的一系列毒力因子,其中Ⅲ型分泌系统能够通过其针状结构将四种毒力因子直接注射至宿主细胞而引起宿主细胞的凋亡,是一种重要的毒力形成机制,因此对于Ⅲ型分泌系统相关作用机制的研究具有重要的科学意义和临床意义。  本文的出发菌株为铜绿假单胞菌临床分离株PA68、实验室前期构建所得pfmMu转座子插入突变株I69,提取了野生型PA68和pfm突变株I69的RNA,进行基因表达谱(microarray)分析。结果显示,在突变株I69中,很多Ⅲ型分泌系统相关基因表达水平都有不同程度的降低。为此,以模式菌株PAO1为背景,敲除pfm基因得到基因缺失株PAO1Δpfm进行进一步研究。利用启动子-lacZ融合子的β-半乳糖苷酶活性测定法测定野生型和缺失株的启动活性差异,构建效应蛋白ExoS、ExoT的启动子区域融合质粒PDN19lacΩ-PexoS、PDN19lacΩ-PexoT,β-半乳糖苷酶活性测定结果表明PAO1Δpfm中的PexoS、 PexoT的启动活性明显低于野生型,说明由于pfm基因的缺失,Ⅲ型分泌系统的效应蛋白ExoS、ExoT的表达受到了影响。ExoS作为Ⅲ型分泌系统的一个重要效应蛋白,它的表达量可以作为Ⅲ型分泌系统整体翻译表达的一种表征,SDS-PAGE、Western blot结果表明,无论是在菌体内还是分泌到菌体外环境,PAO1Δpfm中ExoS的含量均低于野生型,而基因回补株pfmC中则基本回复野生型的表达水平。提取野生型PAO1和缺陷型PAO1Δpfm的RNA,经反转录后进行Real-time qPCR,检测野生型和缺失株中Ⅲ型分泌系统重要基因exoS、exoT、exoY、pscJ、pscC、pcrV、popB及群体密度感应系统(QS)重要基因lasR、lasI、rhlR、rhlI的表达水平差异,结果表明相比于野生型,缺失株中Ⅲ型分泌系统基因表达有较显著的下降,而群体密度感应系统基因表达水平则有所升高。前期文献结果表明群体密度感应系统可以负调控Ⅲ型分泌系统,因此通过影响群体密度感应系统,可能是pfm间接影响Ⅲ型分泌系统的原因之一。另外,酵母双杂交实验证明蛋白PFM通过与FAD结合而与电子传递黄素蛋白ETF相互作用,因此通过影响能量代谢也可能是pfm影响Ⅲ型分泌系统的原因之一。  本研究通过实验证明pfm基因可以影响铜绿假单胞菌Ⅲ型分泌系统的表达,因此pfm有潜力作为抑制Ⅲ型分泌系统的一个药物靶点基因,从而降低铜绿假单胞菌的致病性。对于实验室和临床研究Ⅲ型分泌系统的作用机制和铜绿假单胞菌的致病性具有一定的科研意义和参考价值。
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