抗氧化胁迫相关基因在嗜水气单胞菌胞内存活的作用和机制

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新近研究发现,在宿主吞噬细胞内存活是病原菌重要毒力因子之一,但水产病原菌的吞噬细胞内存活及其存活机制的研究还鲜有报道。鉴于抗氧化胁迫相关基因在细菌抵御ROS损伤中具有重要作用,本文以嗜水气单胞菌作为研究对象,探索抗氧化胁迫基因KatG、sodA、sodB在该菌胞内存活过程中的作用和机制。本研究采用shRNA技术构建A.hydrophila B11菌株的过氧化氢酶基因(KatG)和超氧化物歧化酶基因(sodA和sodB)的稳定沉默株KatG-RNAi、sodA-RNAi和sodB-RNAi,RT-qPCR技术检测KatG、sodA和sodB沉默后表达分别下调了71.2%、91.8%和74.9%。胞内存活实验结果表明,沉默株KatG-RNAi、sodA-RNAi和sodB-RNAi在鱼类巨噬细胞内的存活率分别下降了大约80%、64%和69%;NBT方法检测吞噬野生株和沉默株后吞噬细胞的活性氧(ROS)水平,结果显示吞噬沉默株巨噬细胞内的ROS水平与吞噬野生株B11相比分别增加了65.9%、40%和32.6%;巨噬细胞内逃逸实验结果表明当A.hydrophila的KatG、sodA和sodB基因表达被抑制时,它的沉默株能从巨噬细胞中逃逸出来并继续生长的逃逸率与野生株相比会分别减少大约85%、32%和92%。为了进一步研究抗氧化胁迫相关基因在A.hydrophila胞内存活中的作用和机制,我们还进行了H2O2和MV胁迫实验。H2O2胁迫实验结果表明,在不同浓度H2O2的胁迫下,KatG-RNAi的存活率均显著低于sodA-RNAi和sodB-RNAi,说明在单一H2O2的胁迫下KatG比sodA和sodB对A.hydrophila的生存影响更为显著。而MV胁迫实验结果表明,在不同浓度MV胁迫下,sodA-RNAi和sodB-RNAi的存活率均显著低于KatG-RNAi,反映在MV胁迫下引起的更为复杂的ROS环境中,两个sod基因的表达比KatG的表达对A.hydrophila生存影响更为明显。此外,我们的研究还发现,在没有氧化胁迫条件下,A.hydrophila两个sod基因中sodB基因的表达量是sodA的2.5倍,在10mM、20mM和30mM浓度的MV氧化胁迫下,sodA基因的表达分别上调4.4倍、20倍和6倍,而相同胁迫条件下,sodB基因的上调倍数分别为2.2、9.7和1.1,sodA的上调更为显著,但在相同氧化胁迫下,sodA-RNAi和sodB-RNAi的存活率没有显著差异。本文的研究结果也表明,在氧化胁迫下抑制抗氧化胁迫基因的表达对A.hydrophila的生长有延滞或降低作用,但对其运动性无显著影响。综上研究结果得到以下主要结论:(1)KatG通过消除细胞内H2O2的损伤和抑制细胞内ROS水平而帮助A.hydrophila在鱼类巨噬细胞内存活,而且小部分细胞内A.hydrophila可从宿主巨噬细胞逃逸出来并引发进一步的感染,在此过程中KatG基因也发挥重要作用;(2)sodA和sodB在细菌抵御宿主吞噬细胞内ROS的损伤使其在鱼类巨噬细胞内存活甚至逃逸的过程具有重要作用,而且这两个sod基因,在没有氧化胁迫下,sodB的表达占主导,在有氧化胁迫下,sodA的表达上调更为显著,但二者在细菌抵御ROS的过程中的贡献相当,因此推测两个sod基因在细菌胞内存活过程互补合作,共同抵御ROS的损伤;(3)在单纯H2O2的胁迫下,KatG对A.hydrophila的生存的影响更为显著,而在更为复杂的ROS环境中,则sod基因的表达对A.hydrophila生存的影响更显著,鉴于吞噬细胞内是较为复杂的ROS环境,因此推测sod基因的表达比KatG基因的表达对细菌抵御吞噬细胞内ROS损伤保持存活过程的影响更为显著。
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