恶臭假单胞菌类脂A次级脂肪酸链转移酶的基因鉴定

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革兰氏阴性细菌细胞外膜外层含有大量类脂A,在细菌细胞生存和环境适应等方面起着重要作用。恶臭假单胞菌(Pseudomonas putida)是自然界广泛存在的革兰氏阴性菌,在环境污染修复和生物塑料聚羟基脂肪酸酯合成方面具有应用价值。类脂A次级脂肪酸链在细胞膜表面疏水性和抗生素耐药性方面起关键作用,但目前P.putida类脂A次级脂肪酸链转移酶还没有报道。本研究以P.putida KT2442为研究对象,通过序列比对发现了两个编码类脂A次级脂肪酸链转移酶的基因,并通过基因敲除和过表达等手段实验确认了两个转移酶在P.putida类脂A合成过程中的具体作用。主要研究结论如下:(1)通过与E.coli LpxL、P.aeruginosa PA0011、P.aeruginosa PA3242、A.baumannii LpxM等不同来源的类脂A次级脂肪酸转移酶进行同源比对,发现P.putida KT2442存在两个类脂A次级脂肪酸转移酶,其编码基因分别为PP0063和PP1735。(2)利用同源重组对两个基因PP0063和PP1735分别进行敲除,构建了突变菌株KWZ001和KWZ002。分别从突变菌株中提取类脂A,并采用ESI/MS和TLC分析其化学结构,发现PP0063基因的缺失导致KWZ001菌合成的类脂A缺少一个羟基脂肪酸链,而PP1735基因的缺失导致KWZ002菌合成的类脂A缺少一个脂肪酸链;证明P.putida PP0063和PP1735为类脂A次级脂肪酸链转移酶。(3)将两个基因PP0063和PP1735分别在突变菌株KWZ001和KWZ002中进行表达。从表达菌株KWZ001/pB-0063、KWZ001/pB-1735、KWZ002/pB-0063和KWZ002/pB-1735中提取类脂A,并采用ESI/MS和TLC分析其化学结构,发现PP0063不能回补PP1735缺失菌株,而PP1735也不能回补PP0063缺失菌株;证明类脂A次级脂肪酸链转移酶PP0063和PP1735具有底物特异性。(4)为进一步确定PP0063和PP1735在类脂A中的作用及底物特异性,将E.coli MG1655中具有底物特异性的两个次级脂肪酸转移酶的编码基因lpxL和pagP分别在突变菌株KWZ001和KWZ002中进行表达。从菌株KWZ001/pB-lpxL、KWZ001/pB-pagP、KWZ002/pB-lpxL和KWZ002/pB-pagP中提取类脂A,并采用ESI/MS和TLC分析其化学结构,明确了P.putida PP0063和PP1735分别在类脂A分子的2位和2’位上添加十二烷基脂肪酸链。(5)通过研究两个敲除突变株KWZ001和KWZ002在不同环境中的生长状况,发现P.putida类脂A次级脂肪酸链的缺失会抑制菌体在酸性环境及低温环境的生长;通过RT-PCR发现酸性条件会激活类脂A分子结构修饰酶Ept A的表达而低温条件会降低修饰酶PagL的活性。进一步研究表明P.putida类脂A次级脂肪酸链的缺失影响了细胞膜的功能,提高了细胞外膜渗透性,降低了细胞自凝集能力,并且在一定程度上影响了菌体对阳离子抗菌肽和部分抗生素的耐药性。
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