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霍乱弧菌是革兰氏阴性病原菌,引发烈性肠道传染性疾病霍乱,临床耐药性强,至今仍威胁人类的生命健康。多重耐药(MarR)家族蛋白作为转录调控因子,涉及细菌耐药性产生、氧化压力应答、毒力因子激活和芳香族化合物分解代谢等生命过程。霍乱弧菌中MarR样蛋白生理功能及其耐药性分子调控机制的研究,为霍乱及其它传染性疾病防治奠定基础。
本文基于MarRHTH结构模体,检索发现霍乱弧菌参考基因组N16961中存在10个MarR样蛋白,其中包括VCA0955、VC0649、VC0493、VCA1068、VCA1058、VCA0889和VC2103七个功能未知蛋白。为探究以上七个MarR样蛋白在霍乱弧菌中的生理功能,无痕敲除构建缺失株,比较在生物被膜形成能力、游动性、抗生素敏感性、氧化压力敏感性和宿主定殖能力与野生株的差异。结果发现:(1)Δvca1058和Δvca1068突变株在以0.2%甘油为碳源的条件下生物被膜形成增加,Δvca0955突变株在以0.5%酪蛋白为碳源的条件下生物被膜形成增加而以0.2%甘油为碳源的条件下生物被膜形成减弱。但七个MarR样蛋白单基因缺失株在0.3%LB软平板中的迁移距离与野生株无明显差异;(2)在氧化还原活性抗生素呋喃唑酮和过氧化氢异丙苯处理条件下,Δvca1058突变株较野生株更敏感。在过氧化氢和过氧化氢异丙苯处理条件下,Δvca0955突变株较野生株更敏感;(3)Δvca0955、Δvca1058、Δvca0889和Δvc2103突变株的成年小鼠肠道竞争定殖能力缺陷8-10倍。
霍乱弧菌呋喃唑酮临床耐药率高,而其耐药性机制尚不清楚。通过表型筛查实验发现?vca1058突变株表现出呋喃唑酮敏感,回补vca1058后突变株敏感程度恢复到野生株水平。根据MarR样蛋白典型的转录调控模式,推测其相邻反向基因vca1057为VCA1058的靶基因。Δvca1057Δvca1058突变株、野生株和大肠杆菌DH5α的呋喃唑酮敏感程度表现出胞内vca1057表达依赖性,表明VCA1057为呋喃唑酮增敏剂。通过检测vca1058启动子报告质粒的荧光值,发现VCA1058抑制自身基因的表达,转录水平定量检测证明VCA1058抑制基因vca1057的表达。由此本文揭示霍乱弧菌呋喃唑酮抗性机制是MarR样蛋白VCA1058通过抑制呋喃唑酮增敏蛋白VCA1057编码基因的表达,增强菌株的抗药性。
霍乱弧菌存在多个MarR样蛋白,因其N端结构的保守性和C端的可变性,推测在基因层面调控的复杂性和功能的互补性。通过构建七个MarR样蛋白全基因缺失株Δ7marR,检查其宿主定殖能力,进一步检测毒力基因tcpA表达水平。结果发现Δ7marR突变株较野生株成年小鼠肠道定殖能力缺陷1000倍,而乳鼠肠道定殖能力和毒力基因tcpA表达水平与野生株相比无统计学差异。
综上所述,本文发现霍乱弧菌中七个功能未知MarR样蛋白能不同程度响应环境中营养物质、抗生素和氧化压力等信号因子的变化,进而调节细菌环境适应性和宿主定殖。
本文基于MarRHTH结构模体,检索发现霍乱弧菌参考基因组N16961中存在10个MarR样蛋白,其中包括VCA0955、VC0649、VC0493、VCA1068、VCA1058、VCA0889和VC2103七个功能未知蛋白。为探究以上七个MarR样蛋白在霍乱弧菌中的生理功能,无痕敲除构建缺失株,比较在生物被膜形成能力、游动性、抗生素敏感性、氧化压力敏感性和宿主定殖能力与野生株的差异。结果发现:(1)Δvca1058和Δvca1068突变株在以0.2%甘油为碳源的条件下生物被膜形成增加,Δvca0955突变株在以0.5%酪蛋白为碳源的条件下生物被膜形成增加而以0.2%甘油为碳源的条件下生物被膜形成减弱。但七个MarR样蛋白单基因缺失株在0.3%LB软平板中的迁移距离与野生株无明显差异;(2)在氧化还原活性抗生素呋喃唑酮和过氧化氢异丙苯处理条件下,Δvca1058突变株较野生株更敏感。在过氧化氢和过氧化氢异丙苯处理条件下,Δvca0955突变株较野生株更敏感;(3)Δvca0955、Δvca1058、Δvca0889和Δvc2103突变株的成年小鼠肠道竞争定殖能力缺陷8-10倍。
霍乱弧菌呋喃唑酮临床耐药率高,而其耐药性机制尚不清楚。通过表型筛查实验发现?vca1058突变株表现出呋喃唑酮敏感,回补vca1058后突变株敏感程度恢复到野生株水平。根据MarR样蛋白典型的转录调控模式,推测其相邻反向基因vca1057为VCA1058的靶基因。Δvca1057Δvca1058突变株、野生株和大肠杆菌DH5α的呋喃唑酮敏感程度表现出胞内vca1057表达依赖性,表明VCA1057为呋喃唑酮增敏剂。通过检测vca1058启动子报告质粒的荧光值,发现VCA1058抑制自身基因的表达,转录水平定量检测证明VCA1058抑制基因vca1057的表达。由此本文揭示霍乱弧菌呋喃唑酮抗性机制是MarR样蛋白VCA1058通过抑制呋喃唑酮增敏蛋白VCA1057编码基因的表达,增强菌株的抗药性。
霍乱弧菌存在多个MarR样蛋白,因其N端结构的保守性和C端的可变性,推测在基因层面调控的复杂性和功能的互补性。通过构建七个MarR样蛋白全基因缺失株Δ7marR,检查其宿主定殖能力,进一步检测毒力基因tcpA表达水平。结果发现Δ7marR突变株较野生株成年小鼠肠道定殖能力缺陷1000倍,而乳鼠肠道定殖能力和毒力基因tcpA表达水平与野生株相比无统计学差异。
综上所述,本文发现霍乱弧菌中七个功能未知MarR样蛋白能不同程度响应环境中营养物质、抗生素和氧化压力等信号因子的变化,进而调节细菌环境适应性和宿主定殖。