猪链球菌人源分离株的抗血液杀伤能力与其荚膜合成基因簇变异位点的相关性研究

发布时间：2020-03-19 19:42

【摘要】：猪链球菌(Streptococcus suis)是一种重要的人畜共患病病原菌,它能够引起猪和人的多种疾病,包括败血症、脑膜炎、关节炎、心内膜炎,甚至导致死亡。不仅给世界的养猪业带来了巨大的经济损失,而且对世界公共安全造成了威胁。因为猪链球菌不仅可以经由伤口感染人,还能经由胃肠道感染人,所以越来越多的学者认为猪链球菌应该被评估为一种新的食源性病原菌。在猪链球菌感染人的过程中,血液是一道重要的免疫屏障。在已被报道的猪链球菌的众多毒力因子中,荚膜是在猪链球菌感染过程中第一个与血液接触的组分,也是猪链球菌抵抗血液中先天免疫的重要毒力因子。猪链球菌的荚膜由其基因组上一段成簇排列的基因共同调控合成,为了探究猪链球菌抗血液杀伤的能力与荚膜合成基因簇的相关性,本课题以欧洲标准菌株P1/7和2005年四川大爆发菌株SC19为参考菌株,基于全血杀伤实验,从103株猪链球菌人源分离株中筛选出了一株抗血液杀伤能力极强的菌株LSM128,并试图从其荚膜合成基因簇的变异位点中找出导致其抗血液杀伤能力极强的原因。主要结果如下:(1)通过生物信息学分析,我们发现猪链球菌人源分离株LSM128的荚膜合成基因簇相比猪链球菌标准株P1/7并未发生变异。但在其荚膜合成基因簇上游的一个转录调节基因gntR上的第1219个碱基位点发生了错义突变,由鸟嘌呤突变为腺嘌呤,导致丙氨酸(Ala)突变为苏氨酸(Thr)。(2)以猪链球菌P1/7和LSM128作为亲本株,通过同源重组,成功构建了P1/7和LSM128的gntR基因缺失株和置换株。通过表型实验,我们发现gntR并不是调控荚膜表达的主要基因。(3)通过对猪链球菌P1/7和LSM128及其gntR基因缺失株和置换株的毒力评价,我们发现gntR与猪链球菌的毒力相关,但在不同菌株中影响程度不同。在P1/7中,缺失gntR基因能够导致毒力的上调,但在LSM128中缺失gntR基因后,毒力的变化却不显著。值得注意的是,LSM128的gntR基因上的突变能够显著地提高P1/7的抗血液杀伤的能力和毒力。综上,我们认为gntR基因与猪链球菌的抗血液杀伤能力和毒力有关,但不具有普适性,且不是通过调控荚膜的表达来影响猪链球菌的抗血液杀伤能力和毒力。而gntR的第1219个碱基位点是它影响猪链球菌抗血液杀伤能力和毒力的重要位点。
【图文】：

模型图,猪链球菌,胃肠道,互作

华中农业大学 2018 届硕士研究生学位（毕业）论文在猪的上呼吸道或人的胃肠道中，会先在一些粘附因子的作用下（如 SadP），粘附于黏膜上皮细胞。再在 SLY 等毒力因子的作用下，通过易位或者破坏细胞的紧密连结，穿过上呼吸道或者胃肠道的黏膜屏障进入血液循环(Ferrando and Schultsz 2016)。猪链球菌进入血液循环后，能在荚膜的帮助下在血液中增殖扩散从而导致败血症或引起炎症因子（如 IL-1）的大量释放而导致炎症风暴，进而引起猪链球菌中毒样休克综合征(Lachance et al 2013, Swildens et al 2004, Ye et al 2009)。猪链球菌在血液中，有可能处于游离态，也有可能被巨噬细胞吞噬却在胞内存活，或者粘附在单核细胞上。不管以哪种状态在血液中存活，当猪链球菌随血液循环运行至血脑屏障时，在SLY，MRP 等毒力因子的帮助下，它能穿越血脑屏障，进入蛛网膜，引起脑膜炎(Vadeboncoeur et al 2003)。

模型图,猪链球菌,血清2型,荚膜

根据血清型的不同，基因簇内的基因结构组成也不尽相同。但所有的荚膜合成基因簇上的起始位置都是 4 个调控荚膜合成进程的基因 cpsA，cpsB，cpsC 和 cpsD这一部分被认为是荚膜合成簇的公共区域，且这 4 个基因高度保守。在这 4 个公共基因后都紧跟一个初始的糖基转移酶基因。排列在初始的糖基转移酶基因之后的基因会血清型的不同而有所不同，因此被称为特殊基因(Yother 2011)。所有猪链球菌的荚膜多糖的表达都依赖 WZY 途径。首先，猪链球菌在基因簇上各类糖基转移酶的作用下，生成荚膜多糖的重复单体；然后在翻转酶 WZX 的作用下，将重复单体转运至细胞膜外；再在聚合酶 WZY 的作用下，，将运送出膜外的重复单体聚合成多糖结构；最后，成熟的荚膜多糖在 cpsB 和 cpsC 编码的 WZD 和WZE 蛋白复合体的作用下，易位至肽聚糖层(Bentley et al 2006)。除了有荚膜的猪链球菌外，没有荚膜的猪链球菌也有荚膜合成基因簇。但是它们的荚膜合成基因簇上某些基因发生了突变（如插入、缺失和点突变），导致其无法产生荚膜(Lakkitjaroen et al 2014)。
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TS201.3

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