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【目的】
整合基因组,蛋白质组和代谢组学探讨耐对氨基水杨酸(p-aminosalicylicacid,PAS)的folC突变与未突变的结核分枝杆菌(Mycobacteriumtuberculosis,Mtb)菌株的耐药机理。
【方法】
1.采用药物梯度浓度法诱导对氨基水杨酸耐药的Mtb菌株,并通过PCR技术筛选耐药相关基因的自发突变。
2.采用MTT法检测Mtb菌株对PAS的药物敏感性,同时对PAS耐药(PASr)的Mtb菌株进行其他十种常规抗结核药物的耐药性检测并观察有无交叉耐药。
3.采用十六烷基三甲基溴化铵(hexadecyltrimethylammoniumbromide,CTAB)法提取folC突变与未突变的PASr菌株(分别命名为PASr1和PASr2)和标准菌株的基因组,并进行全基因组测序。
4.根据全基因测序结果,采用β-半乳糖苷酶测定法测定启动子活性,并采用qRT-PCR检测启动子下游耐药相关基因的转录水平。
5.采用机械破碎法提取PASr1,PASr2和标准菌株总蛋白质,胰蛋白酶消化后提取多肽,采用液相色谱-质谱(Liquidchromatography-massspectrometer,LC-MS)分析耐药株与标准株之间的全蛋白质表达水平,比较两者差异蛋白质。
6.将收集的PASr1,PASr2和标准菌株立即用液氮淬灭后,提取胞内代谢物,通过LC-MS检测耐药株与标准株之间的全代谢物表达水平,比较两者差异代谢物,采用生物信息学方法找出差异代谢通路。
【结果】
1.实验室诱导的对氨基水杨酸耐药菌株均达耐药水平且不存在交叉耐药。
2.通过耐药相关基因测序发现本实验诱导的对氨基水杨酸耐药菌株中存在folC基因的高频突变(突变率为77.06%),全基因组测序folC突变组命名为PASr1,除folC突变外,PASr1菌株只有一个esxK(140G→A)的错义突变。但是,在PASr2(folC未突变)菌株中发现了一些其他的突变位点。
3.PASr2菌株基因间区突变位点(3074495G→A,3633617C→T)具有启动子活性,其下游基因的表达增强。
4.多组学结果显示PASr1菌株相对于野生型亲本菌株,其转运蛋白,膜蛋白表达更低,S-腺苷甲硫氨酸依赖的甲基转移酶过表达且FolC蛋白突变,且富集苯丙氨酸代谢途径。
5.多组学结果显示PASr2菌株相对于野生型亲本菌株,PASr2菌株的DfrA蛋白过表达,摄取外源性甲硫氨酸。
【结论】
本研究中,我们利用梯度药物诱导法产生两个不同的PAS抗性菌株(folC突变和未突变),并采用基因组-蛋白质组-代谢组学的综合方法来比较PAS抗性菌株与其亲本菌株的差异表达蛋白和代谢产物。结果表明,PASr1菌株通过folC基因突变和高表达S-腺苷甲硫氨酸依赖的甲基转移酶降低PAS的生物活性,同时通过减少膜蛋白的表达,特别是ABC转运蛋白的表达来减少PAS的摄取以维持其耐药性。此外,我们还发现PASr1菌株蛋白质组和代谢组的表达水平均富集的苯丙氨酸代谢途径。而PASr2通过摄取外源性甲硫氨酸和过表达DfrA从而减少PAS积累以产生抗性。综上,本研究表明Mtb对氨基水杨酸抗性是由多种机制组合引起,不仅仅局限于folC点突变和叶酸代谢,是否与苯丙氨酸代谢有关还需后续实验。
整合基因组,蛋白质组和代谢组学探讨耐对氨基水杨酸(p-aminosalicylicacid,PAS)的folC突变与未突变的结核分枝杆菌(Mycobacteriumtuberculosis,Mtb)菌株的耐药机理。
【方法】
1.采用药物梯度浓度法诱导对氨基水杨酸耐药的Mtb菌株,并通过PCR技术筛选耐药相关基因的自发突变。
2.采用MTT法检测Mtb菌株对PAS的药物敏感性,同时对PAS耐药(PASr)的Mtb菌株进行其他十种常规抗结核药物的耐药性检测并观察有无交叉耐药。
3.采用十六烷基三甲基溴化铵(hexadecyltrimethylammoniumbromide,CTAB)法提取folC突变与未突变的PASr菌株(分别命名为PASr1和PASr2)和标准菌株的基因组,并进行全基因组测序。
4.根据全基因测序结果,采用β-半乳糖苷酶测定法测定启动子活性,并采用qRT-PCR检测启动子下游耐药相关基因的转录水平。
5.采用机械破碎法提取PASr1,PASr2和标准菌株总蛋白质,胰蛋白酶消化后提取多肽,采用液相色谱-质谱(Liquidchromatography-massspectrometer,LC-MS)分析耐药株与标准株之间的全蛋白质表达水平,比较两者差异蛋白质。
6.将收集的PASr1,PASr2和标准菌株立即用液氮淬灭后,提取胞内代谢物,通过LC-MS检测耐药株与标准株之间的全代谢物表达水平,比较两者差异代谢物,采用生物信息学方法找出差异代谢通路。
【结果】
1.实验室诱导的对氨基水杨酸耐药菌株均达耐药水平且不存在交叉耐药。
2.通过耐药相关基因测序发现本实验诱导的对氨基水杨酸耐药菌株中存在folC基因的高频突变(突变率为77.06%),全基因组测序folC突变组命名为PASr1,除folC突变外,PASr1菌株只有一个esxK(140G→A)的错义突变。但是,在PASr2(folC未突变)菌株中发现了一些其他的突变位点。
3.PASr2菌株基因间区突变位点(3074495G→A,3633617C→T)具有启动子活性,其下游基因的表达增强。
4.多组学结果显示PASr1菌株相对于野生型亲本菌株,其转运蛋白,膜蛋白表达更低,S-腺苷甲硫氨酸依赖的甲基转移酶过表达且FolC蛋白突变,且富集苯丙氨酸代谢途径。
5.多组学结果显示PASr2菌株相对于野生型亲本菌株,PASr2菌株的DfrA蛋白过表达,摄取外源性甲硫氨酸。
【结论】
本研究中,我们利用梯度药物诱导法产生两个不同的PAS抗性菌株(folC突变和未突变),并采用基因组-蛋白质组-代谢组学的综合方法来比较PAS抗性菌株与其亲本菌株的差异表达蛋白和代谢产物。结果表明,PASr1菌株通过folC基因突变和高表达S-腺苷甲硫氨酸依赖的甲基转移酶降低PAS的生物活性,同时通过减少膜蛋白的表达,特别是ABC转运蛋白的表达来减少PAS的摄取以维持其耐药性。此外,我们还发现PASr1菌株蛋白质组和代谢组的表达水平均富集的苯丙氨酸代谢途径。而PASr2通过摄取外源性甲硫氨酸和过表达DfrA从而减少PAS积累以产生抗性。综上,本研究表明Mtb对氨基水杨酸抗性是由多种机制组合引起,不仅仅局限于folC点突变和叶酸代谢,是否与苯丙氨酸代谢有关还需后续实验。