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杀鱼爱德华氏菌(Edwardsiella piscicida)之前又称迟缓爱德华氏菌,是威胁全球淡水和海水养殖业的主要病原体之一,被认为是研究细胞内和系统感染的典型病原微生物。毒素-抗毒素(Toxin-antitoxin,TA)系统广泛存在于细菌和古细菌中,其主要作用是参与形成细菌的持留态从而帮助细菌抵制逆境环境。然而,目前未有TA系统在水产病原菌中作用的相关报道。为探究杀鱼爱德华氏菌Ⅱ型TA系统HigBA的功能,通过蛋白质BLAST我们确定并表征了HigBA系统,其中HigB是毒素,Hig A是抗毒素。共转录分析实验显示higB和hig A在双顺反子操纵子中表达。为了研究HigBA的生物学作用,构建了higB和higBA框内缺失突变株,分别命名为TX01ΔhigB和TX01ΔhigBA。我们首先比较分析了野生株TX01、敲除株TX01ΔhigB和TX01ΔhigBA的在抗逆性方面的差异。实验结果表明,与野生株TX01相比,TX01ΔhigB和TX01ΔhigBA在正常条件下的生长一致,但TX01ΔhigB对氧化应激的抵抗力显著降低,而TX01ΔhigBA无显著变化。随后我们分析比较了3个菌株的生理性能,与野生株TX01相比,TX01ΔhigB的生物膜形成能力降低,而TX01ΔhigBA生物膜形成能力增强;TX01ΔhigB的运动能力增强,而TX01ΔhigBA的运动能力无显著变化。抗宿主血清杀菌能力是杀鱼爱德华氏菌的一个典型的毒力特征,我们分析比较了3个菌株对宿主血清杀伤的抗性,与野生株TX01相比,TX01ΔhigB对血清杀伤的抗性显著降低,而TX01ΔhigBA无显著变化。回补株TX01ΔhigBC与野生株TX01的抗氧化胁迫能力、生物膜形成能力和抗血清杀伤能力无明显差异。这些结果表明,higB的缺失显著降低了细菌逆境条件下的抵抗力,减弱了细菌生物膜的形成能力,同时还导致细菌的运动能力显著增强;而higBA的缺失不会影响细菌抗氧化胁迫能力、运动性和抗血清杀伤能力,但增强了细菌生物膜的形成能力。上述结果表明,HigB很可能参与了细菌的致病性,为明确这点,我们进行了致病性实验。体外感染实验表明,higB的缺失极大地减弱了细菌在FG细胞(牙鲆腮腺细胞)中的粘附能力以及在小鼠巨噬细胞RAW264.7内的侵染和增殖能力。我们还通过侵染罗非鱼进行鱼体内细菌传播和毒力分析实验,实验结果表明,与野生株TX01相比,TX01ΔhigB感染鱼脾脏中细菌数降低,而TX01ΔhigBA感染鱼脾脏中细菌数无明显变化;感染25天后,与感染TX01的罗非鱼存活率(13.3%)相比,感染TX01ΔhigB的罗非鱼存活率(63.3%)显著升高,而感染TX01ΔhigBA的罗非鱼存活率(23.3%)无明显变化。回补株TX01ΔhigBC无论是在体外还是体内感染实验中,均与野生株TX01无明显差异。这些实验结果说明,HigB在杀鱼爱德华氏菌的抗逆性和致病性中起关键作用。接下来,我们对higBA的表达调控进行了分析。首先,克隆预测的higBA启动子P236,将其与报告载体p SC11相连并转化至大肠杆菌DH5α感受态,通过X-gal平板筛选具有启动子活性的阳性克隆DH5α/p SZ236。将过表达载体p T3、hig A过表达载体p THig A和higBA过表达载体p THigBA分别转入DH5α/p SZ236中,得到重组菌株DH5α/p SZ236/p T、DH5α/p SZ236/p THig A和DH5α/p SZ236/p THigBA。我们通过β-半乳糖苷酶活性实验来检测启动子活性,结果显示DH5α/p SZ236/p THig A的活性值为2086 Miller Units,低于DH5α/p SZ236/p T的活性值(2488 Miller Units);而DH5α/p SZ236/p THigBA的活性值仅为0.7 Miller Units,与DH5α/p SZ236/p T相比显著降低约3000倍。表明Hig A抑制higBA的转录并且HigB增强这种抑制作用。为了进一步确定Hig A的调节功能,体外表达并纯化了Hig A蛋白,凝胶迁移实验(EMSA)发现,Hig A能够与higBA启动子P236直接结合。这些结果充分表明,抗毒素Hig A通过直接与自身启动子结合而负调控higBA的表达,并且毒素HigB增强了Hig A的调节功能。基于TX01ΔhigB毒力减弱,我们进一步研究了其作为活疫苗的潜力。用TX01ΔhigB通过肌肉注射免疫罗非鱼,在接种4周后使用TX01进行攻毒,结果显示:攻毒25天后,减毒疫苗TX01ΔhigB的免疫保护率(RPS)为54.6%;我们还使用酶联免疫吸附测定(ELISA)免疫鱼中的特异性抗体滴度,结果显示,在2-4周时,均可以从TX01ΔhigB免疫鱼血清中检测到特异性抗体,并且在第4周时观察到抗体的滴度最高。疫苗接种实验表明,TX01ΔhigB可以有效地抵抗致死性杀鱼爱德华氏菌感染。综上研究表明,HigBA不仅在杀鱼爱德华氏菌的抗逆性和致病性中扮演重要角色,而且还可以对higBA进行调控。这项研究为Ⅱ型TA系统HigBA在杀鱼爱德华氏菌中的生物学活性提供了新的见识,并有助于了解杀鱼爱德华氏菌的发病机理。