金黄色葡萄球菌广谱噬菌体的分离及其体外裂菌活性研究

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金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus,S. aureus)是一种常见的病原菌,可引起多种严重的感染性疾病。由于抗生素过度使用等原因,导致严重耐药和多重耐药菌株不断出现,对其感染的治疗也变得越来越困难。因此,寻找有效控制耐药性金黄色葡萄球菌感染的新方法十分迫切。噬菌体(Bacteriophage)是一种细菌病毒,可高效、专一侵染细菌,并通过大量复制最终导致细菌死亡。噬菌体不会破坏人或动物机体内正常的微生物菌群平衡,以其特有的自然杀菌特征呈现独特的抗菌应用潜力。因此,本文基于耐药性金黄色葡萄球菌的分离、鉴定,获得了具有广谱裂菌特性的噬菌体,完成了噬菌体的病毒学特性和裂菌活性研究。  为了分离、鉴定金黄色葡萄球菌,基于葡萄球菌属特异性基因—16S rRNA、金黄色葡萄球菌属特异性基因—耐热核酸酶基因(nuc)以及金黄色葡萄球菌的甲氧西林抗性基因(mecA),设计了3对引物,通过PCR方法,成功鉴定54株金黄色葡萄球菌和29株葡萄球菌,其中18株为耐甲氧西林金黄色葡萄球菌。  为了获得金黄色葡萄球菌噬菌体,采取了从溶源菌中诱导和从环境中分离两种策略。基于丝裂霉素C诱导法和双层琼脂平板分离法,分别从金黄色葡萄球菌 ATCC29213菌株和环境中获得两株金黄色葡萄球菌噬菌体,并分别命名为 SLPN和SLPW;二者均能与指示菌形成圆形、透明、边缘光滑的噬菌斑,直径约为1 mm~3 mm;基于双层琼脂平板法进行的效价测定,发现二者效价分别为5.7×1010 PFU/mL和8.7×109 PFU/mL;经透射电镜观察,噬菌体SLPN和SLPW的形态非常相似,头部均呈现二十面体立体对称,直径约48 nm~51 nm,均含非收缩性的尾部,长约18 nm~21 nm,属于短尾噬菌体科;分别用DNaseⅠ、RNaseA和Mung Bean Nuclease消化两株噬菌体的基因组,结果显示二者均为双链DNA病毒;基于鸟枪法,对噬菌体SLPW基因组进行测序,结果显示,基因组全长为17,861 bp,由20个开放阅读框(ORFs)组成。  为了揭示噬菌体的生物学特征,基于双层琼脂平板法,研究了两株噬菌体 SLPN和SLPW的裂菌谱和理化特性。结果表明,噬菌体SLPN和SLPW均有较宽的裂菌谱,二者对16株MRSA菌株均表现出极强的裂菌活性,而且从环境中分离到的噬菌体SLPW对2株食源性及13株临床分离的金黄色葡萄球菌也有很好的裂解作用,但是通过诱导获得的噬菌体SLPN则只对1株食源性及5株临床分离的金黄色葡萄球菌具有裂解作用。同时,噬菌体SLPN和SLPW均表现出良好的热稳定性和较宽的pH耐受范围。在60℃以下,作用1 h都能保持良好的活性;在pH4~pH11范围内,仍保持良好的侵染能力。此外,噬菌体SLPN和SLPW都对紫外线和氯仿不敏感,经紫外线照射1 h后,二者的效价均未发生明显变化;经75%氯仿处理24 h后,二者仍保持较高的感染能力,效价均在107 PFU/mL以上,表明两株噬菌体均无囊膜。经测定,噬菌体SLPN和SLPW的最佳感染复数(MOI)分别为10和0.1。一步生长曲线表明,噬菌体SLPN和SLPW的潜伏期分别为20 min和10 min,裂解期分别为80 min和110 min,裂解量分别为80.4和95.3。噬菌体 SLPN和SLPW对 Mg2+均不敏感,而10 mmol/L和15 mmol/L的Ca2+对二者的裂菌能力均有增强作用。对于噬菌体的最佳保存方法,初步研究发现,噬菌体SLPN和SLPW在4℃条件下,存放3个月后,效价均下降5~6个数量级;在-20℃或-80℃的低温条件下加20%甘油保存3个月后,仍能保持初始效价,提示本文分离的两株噬菌体均适合在添加20%甘油的低温条件下保存。  为了阐明噬菌体的抗菌应用潜力,开展了体外杀菌实验。结果显示,在液体培养基中,噬菌体SLPN和SLPW对不同的MRSA菌株都具有很强的裂菌作用,几乎都能在1h~2h内彻底裂解指示菌,且无耐噬菌体的细菌突变株产生。在平板抑菌、杀菌实验中,经噬菌体喷雾处理过的平板上,菌落较少甚至无菌落形成。以上结果表明,噬菌体SLPN和SLPW不仅能高效杀死液体环境中的细菌,而且对固体平板上的菌落也呈现显著的杀菌、抑菌效果。提示噬菌体 SLPN和SLPW有望成为防控金黄色葡萄球菌感染的抗菌制剂及环境消毒剂。
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