粪肠球菌生物学特性研究

来源 :上海交通大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:zhaojie25
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粪肠球菌是口腔中常见的致病菌,是导致人类疾病的肠球菌中最常见的一种病原菌,尤其是在根管再感染的样本中,粪肠球菌是检出率最高的细菌。粪肠球菌通过形成生物膜的形式引起感染。同时,粪肠球菌的致病能力与其表面蛋白的种类和功能密切相关。细菌表面蛋白是理解其与宿主相关行为的关键分子。这些蛋白参与细胞壁形成与维持,与宿主的相互反应,以及毒力因子。分析粪肠球菌能够逃逸根管治疗过程中多种抑菌手段的机制,对于预防并治疗根管治疗失败所致的再次感染,具有很好的临床意义。  本研究分为三个部分:  第一部分拟在实验室条件下,摸索不同条件的诱导方法成功的在体外诱导粪肠球菌进入“活的非可培养”状态,并分析在此状态下粪肠球菌的生理,生化特性,以及与其致病能力相关的特性,如形态学,代谢特点,产酸耐酸能力,粘附能力,基因表达变化情况等进行相关研究。  结果显示:粪肠球菌在多种恶劣的条件下均能够进入到“活的非可培养”状态,并通过发生形态改变,减少代谢反应和基因表达等生理性活动,抵抗环境变化带来的损害。同时,在此状态下的粪肠球菌仍具有一定的产酸,粘附等致病能力并表达一部分致病相关的基因。在适宜条件下,“活的非可培养”状态下的粪肠球菌能够恢复细胞增长分裂,以及致病能力,对宿主健康产生威胁。  第二部分使用质谱非标记定量蛋白质组学技术,对浮游状态和生物膜状态的粪肠球菌的表面蛋白表达的差异进行研究。分析两种状态粪肠球菌表面蛋白表达量差别及其代表的相关功能差异,进一步探索粪肠球菌以生物膜形式致病的机制。结果显示:与浮游状态的粪肠球菌相比,生物膜状态的粪肠球菌其表面蛋白表达具有明显差异的蛋白有303种,其中108种差异倍数在2倍以上(73种蛋白表达上调,35种表达下调)。分析全部的108种识别蛋白可知,其中有71种差异蛋白鉴定为胞浆蛋白,多为核糖体蛋白类或延长因子,而另外37种差异蛋白则鉴定为细菌表面相关蛋白。大部分的表面相关蛋白在粪肠球菌生物膜组表现为表达上调。粪肠球菌表达差异的37种表面相关蛋白中,有5种蛋白以LPxTG的方式锚定于细胞壁;17种蛋白具有脂类锚定,推测为胞外蛋白,其功能多以细胞胞外溶质结合蛋白SBPs的形式;其余15种蛋白为膜蛋白,其中6种蛋白具有N-端锚定,9种蛋白具有多跨膜区段TMHs。  第三部分使用深度测序技术为基础的转录组测序,对生物膜状态粪肠球菌全基因组范围进行转录测序并绘制通路图谱。结果显示:测序获得生物膜状态粪肠球菌可匹配Reads数为26911175,经拼接获得2552个转录本;其中有1657个转录本可共同对比到4个参考基因组;共1913个转录本注释到参考基因,其余639个采用序列相似对比后有387个转录本可以对比上NR数据库中的蛋白;1763个转录本分类到不同的COG功能中,多集中于信息储存与处理,代谢,以及细胞进程和信号肽等;KEGG分析得到170条通路,排除真核生物后得到74条KEGG pathway,显著富集于能量及物质代谢,复制和修复,转录,信号转导,以及聚糖合成与代谢等细胞进程。  本课题研究结果从一定程度上证明了粪肠球菌进入“活的非可培养”状态是其抵抗恶劣环境的一个可能机制;粪肠球菌的表面蛋白多与细胞壁合成及维持,细菌粘附作用,毒力因子以及信号转导功能相关,这些表面蛋白也可能参与一些细菌活动,例如溶质的转运,以及生物素调控过程等;生物膜状态下的粪肠球菌,能量及物质代谢活跃,细胞增值速度加快,信号转导以及信息通路等细胞进程均参与了粪肠球菌的毒力及致病过程。  研究结果从理论上进一步补充了根管感染的细菌病因学学说,生物膜状态粪肠球菌的蛋白质组学和转录组学分析,为深入理解粪肠球菌表面蛋白,转录组学特征及其相关功能迈出探索性的一步,对于今后临床根管感染治疗工作从疾病源头控制,并预防疾病复发提供了理论依据。
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