多杀性巴氏杆菌荚膜的生物合成及其调控机制研究进展

作     者：关丽君 薛云 丁文文 赵战勤 GUAN LiJun;XUE Yun;DING WenWen;ZHAO ZhanQin

作者机构：河南科技大学动物科技学院兽医生物制品工程实验室 河南科技大学动物科技学院/河南省高等学校环境与畜产品安全重点学科开放实验室 

出 版 物：《中国农业科学》 (Scientia Agricultura Sinica)

年 卷 期：2020年第53卷第3期

页      面：658-668页

核心收录：

学科分类：090601[农学-基础兽医学] 09[农学] 0906[农学-兽医学] 

基　　金：国家自然科学基金项目(31302106 U1704117 31672530) 

主　　题：多杀性巴氏杆菌 荚膜 糖胺聚糖 生物合成 表达调控 

摘      要：多杀性巴氏杆菌可广泛感染多种动物,引起出血性败血症或传染性肺炎。多杀性巴氏杆菌的细胞表面具有一层黏液样的荚膜多糖,是其重要的结构成分和毒力因子,在细菌与宿主的相互作用中起到重要作用,促进细菌粘附于宿主表面,增强细菌的毒力。多杀性巴氏杆菌荚膜的分子结构与脊椎动物的糖胺聚糖(GAG)相似,都由重复的二糖单元聚合形成线性多糖链,这是该菌在感染宿主过程中进行分子伪装、抵抗吞噬和发生免疫逃逸的重要免疫学物质基础。近年来,在多杀性巴氏杆菌荚膜的生物合成及其调控机制方面取得了一系列重要的研究进展,为多杀性巴氏杆菌荚膜的分子致病机理研究提供了一定的基础知识,为多杀性巴氏杆菌荚膜多糖疫苗的研发提供了理论依据。文章系统阐述了多杀性巴氏杆菌荚膜的生物合成途径及其表达调控机制,主要包括荚膜的血清分型、荚膜多糖的成分与结构、荚膜的生物合成基因簇与功能、荚膜多糖的分子合成机制、荚膜生物合成基因簇的表达调控机制,共5个方面。依据荚膜抗原,多杀性巴氏杆菌可分为A、B、D、E、F共5种荚膜血清型。A型荚膜GAG成分是透明质酸、D型是肝素、F型是软骨素,分别由其相应的二糖单元[β-葡糖醛酸/β-乙酰葡糖胺]、[β-葡糖醛酸/α-乙酰葡糖胺]、[β-葡糖醛酸/β-乙酰半乳糖胺]重复构成;B型荚膜多糖是由阿拉伯糖、甘露糖和半乳糖以某种结构形式聚合而成,E型荚膜多糖的成分与化学结构尚不确定。多杀性巴氏杆菌A型、B型、D型、E型和F型荚膜多糖生物合成的相关基因以基因簇的形式存在,分为3个不同的功能区,R1、R2和R3;R1区负责转运荚膜多糖,R2区负责单糖的活化和荚膜多糖的组装,R3区负责荚膜多糖的修饰(磷脂替换);根据R2区结构和基因数量的不同又可将5种荚膜的生物合成基因簇分为两类:A型、D型、F型为I类,R2区含有4个基因;B型和E型为II类,R2区含有9个基因,且利用R2区特异性基因设计引物,可以通过PCR方法快速鉴定多杀性巴氏杆菌的荚膜血清型。多杀性巴氏杆菌的荚膜GAG在细胞质中生成,由R1区编码蛋白所形成的ABC转运体输出至细胞表面,末端糖脂通过分子间氢键与细胞壁紧密结合,形成菌体表面的粘液状荚膜;在多杀性巴氏杆菌荚膜GAG的生物合成过程中,位于R2区的糖基转移酶基因决定了活化单糖的种类和组装后荚膜多糖的类型。在多杀性巴氏杆菌荚膜的生物合成基因簇中,R1和R2区形成一个操纵子,转录方向一致,而R3转录方向与其相反,两者的启动子区域均位于R2和R3区域之间的DNA序列上;多杀性巴氏杆菌荚膜生物合成基因簇的转录过程受Fis蛋白正向调控,翻译过程主要受Hfq蛋白正向调节。