二次太空飞行对蜡状芽孢杆菌生物性状影响的研究

发布时间：2017-09-24 01:36

本文关键词：二次太空飞行对蜡状芽孢杆菌生物性状影响的研究

【摘要】：载人太空飞行逐渐成为研究的热点,这对空间生命科学和医学研究提出了新的课题和挑战。在空间微重力环境下,人的免疫功能受到影响甚至产生缺陷,这时,各种机会致病病原体,包括细菌、真菌和病毒,就会利用机体免疫功能下降侵入人体,进而造成严重的感染性疾病。同时,由于微重力对细菌增长动能、细菌细胞行为及细菌基因组表型均可能产生影响,致使空间环境病原菌的致病机制和耐药效果均与地面普通菌株显著不同。因此,急需研究清楚空间飞行菌株的变异特性,针对其致病机理和耐药表型设计全新的诊断、预防和治疗方案,以应对长时间外太空探索所面临的细菌感染。蜡状芽孢杆菌是一种条件致病菌,属于革兰氏阳性杆菌,是常见的食源性细菌之一,易导致人类感染性疾病,几乎所有种类的食品都能被它感染。蜡状芽孢杆菌引起的腹泻和呕吐综合征能与其所产生的三种不同的肠毒素密切相关。蜡状芽孢杆菌普遍存在于人类的宇宙空间站中,因此蜡状芽孢杆菌难免能污染宇航员的食物。因此研究蜡状芽孢杆菌空间环境下的变化对人类空间工作人员和宇航员的身体健康有重要意义。本课题组前期的研究将蜡状芽孢杆菌通过搭载神舟八号飞船送入太空,通过基因组、转录组及蛋白质组分析,发现一系列差异表型。本课题将空间飞行后变异的蜡状芽孢杆菌LCT-BC25搭载神舟十号飞船再次送上太空,以期研究不同时间长度的外太空飞行对菌株的影响。本研究分为两个部分,(一)蜡状芽孢杆菌二次太空飞行的实施；(二)二次太空飞行对蜡状芽孢杆菌的影响.第一部分：蜡状芽孢杆菌二次空间环境诱导实施1.本部分搭利用聚碳酸酯制成的搭载小管和外包装管搭载LCT-BC25菌及对照菌上天并回收,利用PCR扩增16S rDNA鉴定二次空间环境诱导后蜡状芽孢杆菌身份并进行同源性分析和单菌进化性分析.结果显示,经二次空间环境诱变的蜡状芽孢杆菌菌株LCT-BC25仍与Bacillus cereus ATCC 14579(T)的相似性为99%,性状稳定,未发生改变,可以继续用于下步实验研究,但更长时间的太空环境更加抑制蜡状芽孢杆菌的增殖。第二部分：二次太空飞行对蜡状芽孢杆菌的影响。作为重点,本部分将鉴定出的二次太空飞行菌株LCT-BC25-2,一次太空飞行菌株LCT-BC25-1,地面对照菌株LCT-BC244进行菌落增殖、耐药、毒性等表型分析,并利用基因组及转录组测序进行差异基因分析。实验结果显示,二次太空飞行可使蜡状芽孢杆菌增殖能力减弱,对万古霉素的MIC值出现上浮漂移；对小鼠的急性毒性及慢性致炎能力降低,且组织扩散能力下降。基因组测序结合PCR及western blot验证发现,存在一系列差异表达的耐药基因及毒性基因。其中,vanG类似基因在二次空间飞行菌LCT-BC25-2中显著高表达。利用基因转化手段将vanG过表达于一次太空飞行菌株LCT-BC25-1及地面对照菌株LCT-BC244后,发现二者同样出现对万古霉素的MIC值上浮漂移,说明vanG类似基因的出现是二次空间飞行造成万古霉素MIC上浮漂移的主要因素之一；pagA类似基因在二次空间飞行菌LCT-BC25-2中显著低表达,同样利用基因转化手段将pagA过表达于LCT-BC25-2菌株后,其又恢复了对小鼠的毒性和促炎作用,随后细胞实验进一步证实,二次空间飞行后LCT-BC25-2菌株由于pagA基因的低表达,可使细菌丧失激活ERK通路的能力,从而无法过度激活宿主的炎症反应,这有可能是LCT-BC25-2菌株毒性减弱主要因素之一。结论：1)发现了二次太空飞行即更长时间的太空环境能使蜡状芽孢杆菌的增殖能力下降、对万古霉素MIC值出现上浮漂移等耐药性出现改变,对小鼠的LD50,实质脏器的促炎作用及机体内的扩散能力等毒性作用减弱。2)蜡状芽孢杆菌对万古霉素耐药性的增加和其急慢性毒性减弱的主要原因可能与某些耐药基因和毒力基因在二次太空飞行后发生变化相关.3)蜡状芽孢杆菌二次太空飞行后出现的vanG类似基因可能是其对万古霉素产生耐药的主要因素之一；二次太空飞行使pagA类似基因在蜡状芽孢杆菌中的低表达导致细菌激活ERK通路的能力减弱,从而无法过度激活宿主的炎症反应,这有可能是蜡状芽孢杆菌毒性减弱主要因素之一。4)二次太空飞行即更长时间的太空环境可能是vanG类似基因的出现和pagA类似基因表达降低的原因之一。
【关键词】：空间飞行 蜡状芽孢杆菌 细菌耐药 毒性作用
【学位授予单位】：中国人民解放军医学院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R85
【目录】：

缩略语一览表5-6
中文摘要6-9
Abstract9-13
前言13-19
参考文献16-19
第一部分蜡状芽孢杆菌二次太空飞行的实施19-36
第一节实验材料与方法19-25
第二节实验结果25-31
第三节讨论31-33
第四节结论33-34
参考文献34-36
第二部分二次太空飞行对蜡状芽孢杆菌的影响36-78
第一节实验材料与方法37-57
第二节实验结果57-72
第三节讨论72-75
第四节结论75-76
参考文献76-78
文献综述78-91
参考文献85-91
攻读学位期间发表文章情况91-93
致谢93-94

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