转录调节因子GreA对土拉弗朗西斯菌环境适应性和致病性的影响

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土拉弗朗西斯菌是一种细胞内寄生的革兰氏阴性短杆菌,可以通过呼吸道、消化道、伤口和昆虫叮咬等多种途径感染人类和多种动物引起土拉热。由于土拉弗朗西斯菌对人具有很强的致病性,近年来,国内外学者针对细菌的致病机制开展了大量的研究工作。我们前期毒力因子筛选研究发现土拉弗朗西斯菌greA基因突变株在感染小鼠体内的存活能力显著下降,预示该基因的表达及其产物影响了细菌感染和致病作用。已有的研究表明,细菌greA基因编码转录延长因子GreA,其诱导的RNA聚合酶(RNAP)核酸切割活性在RNA延伸过程中可以降解停顿在复制通道中的RNA末端使其处于活性中心正确位置,进而抑制转录延长复合物转录暂停、促进RNAP从启动子逃逸及增强基因转录保真性等。为探讨GreA蛋白对土拉弗朗西斯菌感染及致病力的影响,本研究以土拉弗朗西斯菌新杀手亚种U112为模式菌株,利用同源重组构建了 greA基因缺失株及反式回补株,体外培养检测表明:1)greA基因缺失对土拉弗朗西斯菌的菌体形态、温度敏感性和pH敏感性无显著影响,但greA缺失细菌繁殖的代次时间延长、对高浓度NaCl的抵抗力下降,然而,细菌的生物膜形成能力显著增强,表明GreA影响土拉弗朗西斯菌的环境适应性;2)细胞感染实验表明,土拉弗朗西斯菌greA基因缺失突变株对细胞的入侵及胞内增殖显著降低。小鼠感染实验发现,土拉弗朗西斯菌greA缺失株经皮下或呼吸道感染小鼠的致病力显著下降,缺失突变株在小鼠的肝脏、脾脏和肺脏中繁殖能力亦显著低于亲代,并且被快速清除,进一步证明GreA影响土拉弗朗西斯菌的致病力。为进一步探讨GreA影响土拉弗朗西斯菌生理功能与致病力的分子机制,本研究利用转录组学(RNA-seq)技术比较分析了 greA基因缺失突变株和亲代毒株基因转录和表达的差异。RNA-Seq分析结果表明,greA基因缺失对土拉弗朗西斯菌新杀手亚种的196个基因表达产生显著的影响(相差2倍以上),这些基因除了影响细菌氨基酸、碳水化合物及无机离子代谢外,其中77个差异表达基因与土拉弗朗西斯菌的致病力相关,包括所有毒力岛基因。利用β-半乳糖苷酶实验证实pdpD、pepO、FTN1104的启动子活性可以被GreA调节,表明GreA可以通过启动子调控基因转录。为验证GreA对毒力基因表达调控的影响,本研究构建了 FTN1104、ampD和pepO等与细胞入侵相关的下调基因的缺失突变株,并通过细胞感染实验证明FTN1104和ampD缺失影响土拉弗朗西斯菌的细胞入侵。综上,土拉弗朗西斯菌GreA蛋白可以通过调控基因启动子等途径影响细菌基因转录,进而调节细菌的环境适应性、细菌对细胞的侵染和对宿主动物的致病力。细菌GreA蛋白的保守性及其对细菌致病力的影响,也为进一步开展土拉弗朗西斯菌的预防治疗提供了一种新的药物靶标。
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