哈维氏弧菌yjeE和yeaZ基因定点突变及生物学性质研究

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哈维氏弧菌(Vibrio harveyi)广泛存在于海洋环境,在极端环境下可进入非可培养(Viable but non-culturable,VBNC)状态,VBNC细胞在适宜条件下复苏为可培养形式。本论文研究了过氧化氢和低温诱导哈维氏弧菌形成的VBNC状态。对哈维氏弧菌细胞生长及环境应激相关的YjeE、YeaZ蛋白进行了原核表达及生物学性质研究,利用定点突变技术研究了YjeE和YeaZ的酶活性位点,研究了重组蛋白的酶活性与生物学作用相关性,以及不同重组蛋白对哈维氏弧菌的促生长及促细胞复苏作用,主要研究结果如下:哈维氏弧菌SF-1在4℃低温诱导70 d后,细胞进入活的非可培养状态。当用50 mM的H2O2诱导时,哈维氏弧菌细胞在96 h进入VBNC状态。用LIVE/DEAD BacLight试剂盒测定过氧化氢诱导过程中活细胞数和细胞总数变化,发现总细胞数和活细胞数均保持微小变化,而可培养细胞数下降为零,表明细胞进入VBNC状态。将过氧化氢酶、丙酮酸钠、及其类似物分别添加到VBNC状态的哈维氏弧菌细胞中,发现过氧化氢酶、丙酮酸钠、α-丁酮酸钠盐能促进VBNC细胞复苏,而其他丙酮酸类似物不能促进VBNC细胞复苏。复苏后的哈维氏弧菌与正常细胞生长特征无明显区别。将哈维氏弧菌yjeE基因原核表达载体pET-28a-yjeE,转化至大肠杆菌BL21(DE3),IPTG诱导表达,用镍亲和层析纯化重组蛋白,SDS-PAGE电泳分析表明纯化的YjeE蛋白分子量为19 kDa,具有ATP酶活性,酶比活力为0.953 U/mg,利用定点突变构建了YjeE酶活性相关氨基酸位点突变体,并在大肠杆菌中进行了表达,与野生型YjeE蛋白相比,含不同取代氨基酸位点Lys41、Thr42、Ser60、Pro61、Thr62、Asp80、Tyr82、Arg83、Cys105、Trp109和Glu108-Trp109的突变体的酶活性分别下降到9.99%、21.96%、10.09%、27.03%、8.38%、37.29%、8.38%、1.65%、16.74%、6.77%和9.96%,而Cys25、His78和Glu108突变体的酶活性完全丧失,表明这三个位点在维持酶活性方面发挥最重要作用。野生型重组YjeE能促进正常细胞生长,不同突变体对细胞促生长作用减弱或消失,表明其促生长作用与ATP酶活性相关。但重组YjeE对VBNC状态的哈维氏弧菌SF-1无明显促复苏作用。将哈维氏弧菌YeaZ基因及活性位点氨基酸Asp88、Ser185、Asp88-Ser185、Thr71和Asp112的不同突变体基因在大肠杆菌中进行了表达和纯化,以偶氮酪蛋白为底物测定了不同突变体重组YeaZ的蛋白酶活力,发现野生型重组YeaZ的酶活力39130 U/mg,含有Asp88、Ser185的YeaZ突变体的蛋白酶活力下降到24.28%,35.27%,其中含Asp88-Ser185的两个位点突变体的蛋白酶活力完全丧失。以人工底物4-methylumbelliferyl-β-D-N,N′,N″-triacetylchitotrioside测定了YeaZ的溶菌酶活力,野生型YeaZ的溶菌酶活力为8.32 U/mg,而突变点Thr71和Asp112的溶菌酶活力下降了33.22%和59.74%。YeaZ对正常生长的哈维氏弧菌细胞没有促进作用。但能明显促进VBNC状态细胞的复苏,其复苏能力与蛋白酶活性相关而与溶菌酶活力无关。
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