Klebsiella噬菌体P13多糖解聚酶及相关功能基因的研究

来源 :中国海洋大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lionschen2009
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噬菌体是一类能够侵染宿主细菌的病毒,广泛存在于自然环境中,数量极其丰富,可达1031数量级。噬菌体个体微小,基因组长度较短,便于研究,并且具有特异的宿主细菌,因此具有较高的研究利用价值。克雷伯氏菌K13能够产生丰厚的荚膜多糖,因此其专一性侵染噬菌体需产生一种多糖解聚酶先将宿主菌胞外的多糖降解后方能同菌体细胞接触,开始裂解过程。本文以Klebsiella K13的噬菌体P13的多糖解聚酶及一些功能基因为研究对象,对基本酶学性质与初步纯化、酶的应用、酶解产物结构进行了研究,并对噬菌体P13的多糖解聚酶和内溶素的编码基因进行了分析。首先对酶进行了初步纯化以及酶学性质的研究。使用有机溶剂提取、超滤离心和离子交换层析对多糖解聚酶进行纯化,得到了两个酶活峰,推测噬菌体P13的多糖解聚酶具有两种存在形式,即同噬菌体结合的状态和游离状态;使用粗酶液对基本酶学性质进行研究,研究了多糖解聚酶的最适温度、最适pH以及金属离子和螯合剂对酶活的影响,结果表明该酶的最适温度为48C,最适pH为6.5,Fe2+、K+两种金属离子的加入能够一定程度上提高酶活力,Na+、Mg2+、Ca2+对多糖解聚酶有轻微抑制作用,Al3+、Zn2+、Cu2+对酶的抑制作用较强;金属离子螯合剂EDTA对酶活力稍有抑制作用。计算得到该酶的米氏常数Km为4.66mg/mL,最大反应速率Vmax为6.42U/(mL·min)。噬菌体多糖解聚酶能够降解细菌菌体表面由胞外多糖构成的保护屏障,进而使菌体细胞暴露在环境中,增加了细菌同不良因素的接触,使细菌对外界环境刺激的抵抗力降低。本研究使用噬菌体P13的多糖解聚酶对Klebsiella K13的胞外多糖进行降解,研究去除了胞外多糖的保护后对外界刺激抵抗力的变化。将去除和未去除胞外多糖的Klebsiella K13分别置于高温(70C)、高渗透压溶液和含氯消毒剂的不良环境中,结果显示去除了胞外多糖保护的细菌对高温、高渗透压溶液、含氯消毒剂的抵抗力出现明显下降。使用噬菌体P13产生的多糖解聚酶将Klebsiella K13胞外多糖进行降解后可获得酶解产物寡糖,使用Bio-Gel P4和Bio-Gel P6凝胶层析柱对酶解产物进行分离纯化,得到了三种纯的寡糖,质谱分析分子量分别为912、1806、2701,推测其为五糖、十糖、十五糖,以五糖为重复单元。使用高效液相色谱分析胞外多糖的单糖组成为葡萄糖、半乳糖、甘露糖、葡萄糖醛酸,分子比为2:1:1:1;使用红外光谱、核磁共振波谱对结构进行分析,得出了该五糖重复单元的结构。根据该五糖结构同以前曾报道的K13胞外多糖五糖重复单元结构的比较,二者具有不同的还原性末端,推测是由于两次实验使用了不同的噬菌体,对胞外多糖进行水解的多糖解聚酶不同,因而具有不同的酶切位点,导致水解后得到的寡糖片段具有不同的还原性末端。在噬菌体裂解宿主菌的过程中需要几种具有降解作用的酶,包括多糖解聚酶、内溶素等。由于这些酶在噬菌体中的产量较低,难以大量制备,因此可以在获取酶的编码基因后使用异源表达的手段进行制备和应用的研究。对噬菌体P13基因组中可能编码多糖解聚酶、内溶素的基因进行了分析,根据分析结果,基因49和基因50有可能编码多糖解聚酶,对基因50进行进一步PSI-BLAST分析,结果表明基因50应该就是噬菌体P13多糖解聚酶的编码基因;同时对噬菌体P13的内溶素编码基因使用PSI-BLAST和FASTA进行了分析,发现内溶素的编码基因为基因36,所编码的蛋白质属于葡萄糖苷酶,作用于宿主菌细胞壁中肽聚糖糖链的糖苷键,且未发现信号肽和跨膜结构存在,因此需要基因39编码的孔蛋白的协助进行跨膜。多糖解聚酶和内溶素的编码基因的分析为其下一步的应用和异源表提供了理论基础。
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