噬菌体早期表达基因gp53抑制麦芽糖基转移酶基因glgE的转录改变分枝杆菌生理

发布时间：2020-04-14 11:39

【摘要】：结核分枝杆菌(Mycobacterium tuberculosis,Mtb)感染造成的结核病(tuberculosis,TB)仍然是全球重大公共卫生威胁,是全球十大死亡原因之一。根据世界卫生组织报道,死于结核病的人数已经超过艾滋病,结核病是单一致病菌导致的死亡率最高的疾病。2017年全球结核病致死人数为130万,其中2/3患者在发展中国家。随着多耐药结核菌(multidrug-resistant,MDR),广泛耐药结核菌(extensively drug-resistant,XDR),甚至完全耐药结核菌(Totally drug-resistant,TDR)的出现和蔓延,以及HIV共感染等原因,结核病防治任务艰巨。噬菌体治疗作为一种极具前景的替代或辅助治疗手段,重新引起了公众的关注。虽然噬菌体治疗的研究曾经因为抗生素发现停滞不前,噬菌体在治疗细菌感染方面潜力不可限量。靶向细菌基因调控网络关键基因的工程化噬菌体可以作为抗生素佐剂,增强抗生素的杀菌效力。噬菌体减少多耐药铜绿假单胞菌的生物膜的形成,破坏其抗药屏障。噬菌体展示技术对于新疫苗的研发和肿瘤的治疗都有重要意义。海藻糖是广泛存在于除人体外的多种生物中的一种非还原性二糖,在微生物中普遍存在且具有重要作用。海藻糖代谢的关键酶是理想的新抗生素候选靶标。分枝杆菌中许多重要物质,如细胞壁糖脂,索状因子和硫脂等包含海藻糖。分枝杆菌海藻糖合成主要通过OtsAB和TreYZ两条途径。通过α葡聚糖途径可以将海藻糖转换为具有α-1,4和α-1,6糖苷键的支链葡聚糖,为荚膜和甲基葡萄糖脂多糖提供原料。编码海藻糖磷酸酶(otsB)或者麦芽糖基转移酶(glgE)的基因被抑制后,积累的磷酸糖对细胞具有毒性。这两个基因可能是非常理想的药物靶标。本课题探索分枝杆菌噬菌体SWU1基因gp53对宿主菌的效应和分子机理。gp53基因是分枝杆菌噬菌体SWU1特有的,即使在有极高相似性的噬菌体L5中也没有同源基因。海藻糖帮助细胞应对各种极端外界环境,比如极端温度、低pH等。重组耻垢分枝杆菌Ms_gp53在海藻糖为唯一碳源的培养基上不能生长,生物膜褶皱增多。添加海藻糖培养后,Ms_gp53菌株单菌落边缘缺失“蹼”状结构,细菌变短,对万古霉素更加敏感。qRT-PCR检测发现海藻糖代谢途径中关键基因glgE的转录被抑制。这导致对细菌具有毒性的磷酸麦芽糖积累。这也解释了重组菌不能在海藻糖为唯一碳源的培养基上生长的现象。TLC检测发现Ms_gp53的碳水化合物发生改变。综上,我们首先发现分枝杆菌噬菌体SWU1基因gp53抑制海藻糖分解途径关键基因glgE的转录,导致细菌对海藻糖敏感,为以glgE为抗菌靶点的药物研究提供新思路。
【图文】：

结核分枝杆菌,细胞壁,分枝菌酸

西南大学硕士学位论文构完整性，为细胞提供一个极度疏水的屏障[26, 27]。覆盖有肽聚糖层的质膜是选择透过性的，可以保证细胞内外物质有选择性地进行交换，保持膜内外环境的稳态[28]。分枝菌酸和其他可提取的脂质可以形成疏水层（mycomembrane）。而且，分枝菌酸结构的复杂性和可变性让其成为鉴定菌种的依据之一[29]。

分子结构图,海藻糖,分枝杆菌,分子结构

第 1 章文献综述一个或者两个分枝菌酸连接，前者形成分枝菌酸（MAs）的载体海藻糖单霉菌（trehalose6-monomycolate，， TMM）[32]；后者形成海藻糖二霉菌酸酯（trehal,6′-dimycolate，TDM）或称为索状因子。TDM 是分枝杆菌细胞壁上特有的糖脂是有毒结核菌细胞壁上最丰富的糖脂[33]。通过减慢吞噬体的成熟和延迟溶酶融合，TDM 对于建立起巨噬细胞中分枝杆菌存活和生长的生态位十分重要[6]。此外，TDM 最独特的生理功能是它存在无毒的胶束结构和有毒的单层结构者在细菌表面保护细菌免受巨噬细胞侵害，后者释放到宿主中具有抗原性和性[37]。TDM 具有独特的免疫刺激活性，例如，巨噬细胞诱导型 C 型凝集Mincle）是 TDM 的必须受体，TDM 可以刺激巨噬细胞产生炎性细胞因子和化氮[38]，它还可以诱导肉芽肿形成，并且可以作为细胞介导和体液免疫应答剂[39]。除了形成上述的功能分子外，海藻糖本身对于分枝杆菌来说也是一种的压力保护剂。实验证明细胞质中游离海藻糖的积累有益于维持休眠期耻垢杆菌的存活，并在复苏的早期阶段提供能量[40]。海藻糖可以保护细胞免受多力胁迫，包括干燥、冷冻、高温和氧化[41-43]。
【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：R378.911

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