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AI-2通过甲基化趋化受体McpU调控恶臭假单胞菌KT2440的趋化运动及生物膜形成认领

作者：

谢来工

学位授予单位：

西北农林科技大学

摘要：

恶臭假单胞菌KT2440是一株被广泛应用于生物工业化生产的模式菌株。因此,阐明恶臭假单胞菌KT2440对环境的耐受机制使其能够承受工业生产压力对指导KT2440的生产实践具有重要意义。群体感应(quorum sensing,QS)广泛参与调控细菌的环境适应机制,其中介导细菌种内和种间通讯的信号分子autoinducer-2(AI-2)能调节细菌的多种生理过程,包括生物膜的形成,毒力和耐药性等。目前已经鉴定出三种类型AI-2受体,包括Lux P,Lsr B和含d CACHE结构域的跨膜信号转导蛋白,其中含d CACHE结构域的AI-2受体广泛存在于细菌中。恶臭假单胞菌KT2440中是否存在AI-2受体以及AI-2是否参与调控KT2440生理功能还未见报道。本研究挖掘介导恶臭假单胞菌KT2440对AI-2趋化反应的趋化受体,并探究AI-2信号通过趋化受体对恶臭假单胞菌KT2440趋化运动及生物膜形成的调控作用。具体研究结果如下:1.恶臭假单胞菌KT2440对AI-2具有趋化性利用毛细管定量分析法和软琼脂平板法检测了恶臭假单胞菌KT2440对AI-2的趋化反应,两种检测结果都表明恶臭假单胞菌KT2440对AI-2具有趋化性。这暗示恶臭假单胞菌KT2440中含有AI-2的受体,且能够介导其对AI-2的趋化性。2.恶臭假单胞菌KT2440中AI-2受体的鉴定为了挖掘出恶臭假单胞菌KT2440中存在的AI-2受体,本研究利用铜绿假单胞菌中已知AI-2受体Tlp Q的氨基酸序列在恶臭假单胞菌KT2440基因组中进行Blast P搜索,检索到了与其同源性最高的蛋白——甲基化趋化受体蛋白Mcp U。随后,对Mcp U进行了生物信息学分析和分子对接实验,结果都显示Mcp U具有与AI-2结合的结构基础。随后本研究对Mcp U的配体结合结构域(ligand-binding domain,LBD)进行了异源表达和纯化,利用哈维氏弧菌的生物发光实验和等温滴定量热法(ITC)分析了Mcp U-LBD与AI-2的相互作用,结果显示Mcp U-LBD与AI-2存在高亲和力相互作用,从而证明了Mcp U是AI-2的受体。3.恶臭假单胞菌KT2440对AI-2的趋化反应依赖甲基化趋化受体Mcp U利用软琼脂平板法和毛细管定量分析法检测了野生型菌株、mcp U基因缺失菌株和mcp U基因回补菌株对AI-2的趋化反应。实验结果都显示野生型菌株对AI-2具有趋化性,而mcp U基因缺失菌株未表现出对AI-2的趋化运动,但是mcp U基因回补菌株对AI-2表现出明显的趋化性。因此,恶臭假单胞菌KT2440对AI-2的趋化反应依赖甲基化趋化受体Mcp U。4.AI-2通过Mcp U增强了恶臭假单胞菌KT2440的生物膜形成能力本研究进一步测定了AI-2对KT2440和Δmcp U菌株生物膜形成量的影响。生物膜测定结果显示,外源添加的AI-2能够增强恶臭假单胞菌KT2440菌株的生物膜形成量,而AI-2对Δmcp U菌株的生物膜形成能力没有显著影响。为了排除菌株生长状况对生物膜形成的影响,本研究在LB液体培养基中测定了AI-2对KT2440和Δmcp U生长的影响,结果显示外源添加AI-2情况下,Δmcp U与KT2440的生长速度基本一致。以上研究表明,AI-2通过Mcp U增强了恶臭假单胞菌KT2440的生物膜形成能力。综上所述,本研究在恶臭假单胞菌KT2440中发现了群体感应信号分子AI-2的受体甲基化趋化受体Mcp U,并证明了AI-2通过该受体调控恶臭假单胞菌KT2440的趋化运动和生物膜形成。这些结果暗示恶臭假单胞菌KT2440能通过Mcp U感知环境中其他细菌产生的AI-2信号,增强自身生物膜形成能力,从而提高其环境适应能力。因此,通过让恶臭假单胞菌KT2440合成AI-2信号或者将其与其他AI-2产生菌株联合培养增强KT2440的生物膜形成能力可以作为提高恶臭假单胞菌KT2440环境适应性的一种新策略。

摘要译文

关键词：

恶臭假单胞菌; 甲基化趋化受体蛋白; AI-2; 趋化作用; 生物膜

学位年度：

2022

学位类型：

硕士

学科专业：

微生物学

导师：

张磊

中图分类号：

Q93[微生物学]

学科分类号：

071003[微生物学]

D O I：

10.27409/d.cnki.gxbnu.2022.000141