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c-di-GMP发挥双重调控作用控制细菌游动的研究

c-di-GMP发挥双重调控作用控制细菌游动的研究

作     者:张鑫 

作者单位:河北大学 

学位级别:硕士

导师姓名:葛欣;钱韦

授予年度:2022年

学科分类:1001[医学-基础医学(可授医学、理学学位)] 100103[医学-病原生物学] 10[医学] 

主      题:嗜麦芽窄食单胞菌 c-di-GMP 水解酶 亚铁离子 游动性 鞭毛 

摘      要:嗜麦芽窄食单胞菌(Stenotrophomonas maltophilia,Sma)是一种重要的医源性条件致病菌,通常感染免疫抑制或免疫低下的人群,特别是那些在重症监护病房(Intensive Care Unit,ICU)的患者。根据感染部位的不同通常出现尿路感染、脑膜炎、菌血症和出血性肺炎等,感染的死亡率一般在35%-75%之间,但是出血性肺炎的死亡率接近100%。高死亡率的主要原因是该菌对多种抗生素具有固有耐药性,即使是甲氧苄啶/磺胺甲噁唑(TMP/SMX)这一被认为是最有效的抗生素治疗手段也正在失去效果,因此亟需发展新的防控策略来应对嗜麦芽窄食单胞菌的感染。运动在细菌的生长、生物膜的形成、毒力和扩散中起着关键作用,鞭毛介导的游动更是几乎参与了病原菌侵染宿主的全部过程,主要包括趋化、黏附、侵袭、扩散和转移等。已有的研究表明,控制细菌的运动行为而非杀伤细菌细胞,能在避免抗生素耐药发生的同时有效地辅助治疗细菌感染,因此鉴定细菌运动的控制信号,并解析信号的转导和调控模式,对于发展新型的抗病原细菌感染策略具有重要的意义。c-di-GMP是普遍存在于细菌细胞中的重要的第二信使分子,在细菌的运动调控中发挥了重要的作用。c-di-GMP调控了细菌从游动形式到形成表面附着的生物膜形式的转变,因此被认为是细菌生活方式的信使。目前,对c-di-GMP代谢相关酶的鉴定和生化活性的分析已经取得了比较好的进展,但是对上游-酶活性调控的信号鉴定,以及下游-c-di-GMP调控模式的研究还比较匮乏。本研究系统地突变分析了嗜麦芽窄食单胞菌中参与c-di-GMP代谢的酶,并筛选到调控细菌游动的酶。对含有信号感知结构域的磷酸二酯酶Sis P进行了进一步研究,通过细菌游动性实验,遗传上位分析,蛋白质小分子互作分析等方法鉴定到Sis P酶活性的特异性激活信号分子Fe:Fe特异性结合Sis P的信号感知结构域,激活Sis P的磷酸二酯酶活性,降解c-di-GMP,减少细菌细胞内的c-di-GMP水平;鉴定到具有REC和LUXR结构域的Fsn R是一种新的c-di-GMP效应蛋白;解析了c-di-GMP发挥双重调控作用控制细菌游动的新模式,即c-di-GMP通过直接结合和间接调控磷酸化水平的双重调控方式,叠加并且量化调控了Fsn R的转录因子活性以促进细菌游动。一方面Sis P降解与Fsn R结合的c-di-GMP,解除c-di-GMP对Fsn R转录因子活性的抑制作用。另一方面Sis P降解与Rav S结合的c-di-GMP,促进Rav S向Fsn R传递磷酸基团,增强Fsn R的磷酸化水平。c-di-GMP对Fsn R抑制作用的解除和Fsn R蛋白磷酸化水平的增强叠加激活了Fsn R的转录因子活性,因此二者对于Fsn R活性的完全激活都是必不可少的。与通常认为的c-di-GMP对下游效应蛋白活性调控的“开关作用模式不同,本研究揭示了c-di-GMP通过双重调控模式实现了对效应蛋白Fsn R活性的量化调控。此外,由于Fe通常会在伤口附近大量出现,因此,Sis P特异性感知Fe以促进细菌游动的过程,可能被细菌用来识别伤口,从而更加快速地进入人体,因此患者伤口Fe的急剧增加可能增加细菌感染的风险。

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