气单胞菌属细菌的黑色素形成分子机制及相关生物学功能的进一步研究

批准号:
31770052
项目类别:
面上项目
资助金额:
60.0 万元
负责人:
陈向东
依托单位:
学科分类:
C0103.微生物组学与代谢
结题年份:
2021
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
杨明园、张晓明、乔云倩、刘迎春、王娇、邓丽萍、许树奇
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中文摘要
此前一直预测气单胞菌是通过L-DOPA途径形成真黑素,因为从多株产黑气单胞菌菌株的培养液中都能检测到特征性中间产物L-DOPA的存在。但我们的近期研究却证实, 经尿黑酸(HGA)途径形成的脓黑素才是高产黑色素的中间气单胞菌WS的主要色素成分。该HGA途径在所有产黑、仅在低温下产黑或完全不产黑,以及致病或非致病的气单胞菌中都普遍存在,且相关基因均表达正常。说明气单胞菌的黑色素合成调控过程及实际生物学效应远比我们预想的复杂。本申请拟以前期工作为基础,对气单胞菌属细菌合成脓黑素的关键调控元件、黑色素与致病性的相关性、以及该菌是否同时产生两种黑色素等问题进行进一步深入研究。研究结果将在理论上进一步扩展对细菌合成黑色素的分子机理及生物学功能的认识,在应用上则可为构建黑色素高产或弱产微生物发酵菌株,开发新的产L-DOPA菌种资源,甚至在拓展对人尿黑酸尿症的认识和治疗措施方面提供新的思路和技术基础。
英文摘要
In previous time, it is generally believed that Aeromonas bacteria should produce eumelanin via L-DOPA pathway, since the characteristic intermediate L-DOPA could be detected from the culture fluids of several melanogenic Aeromonas strains. However, our recent results demonstrated that the pyomelanin produced via Homogentisate acid (HGA) pathway is actually the major pigment constituents in the melanin high-producing strain Aeromonas media WS. Such HGA pathway is ubiquitous and every gene in the pathway is functioning normally among all species in this genus, including those with phenotype of pigmented, pigmented only in low temperature, and non-pigmented, and both pathogenic or non-pathogenic Aeromonas. Therefore, the pigment synthetic regulation process in Aeromonas bacteria and its biological function are much more complex than our current knowledge. Based on our current works, we plan to conduct further research on the key transcriptional regulators relating to the pyomelanin production, the relativity between bacterial melanogenesis and pathogenicity, and whether Aeromonas bacteria could produce two kinds of melanin at the same time. The achieved results may theoretically extend our knowledge on the molecular mechanism of melanin synthesis and its biological function in bacteria, and from the application point of view, may contribute in providing new ideas and technical basis to construct high or low melanin producing microbial fermentation strains, develop new bacterial recourses for L-DOPA production, and even expand our knowledge and potential therapeutic measure on human alkaptonuria.
项目主要获得如下主要结果:1)确定中间气单胞菌(Aeromonas media)WS菌株的M10、M13突变株无法产黑的表型是由tyrR基因突变所导致,其通过直接与phhAB操纵子及hppD基因的启动子区结合,激活phhAB和hppD的转录,对黑色素的合成起重要调控作用。2)首次证明杀鲑气单胞菌杀鲑亚种黑色素合成的温敏现象是由于HppD的热不稳定性造成。同时鉴定了三个关键氨基酸位点(S18T、P103Q和L119P)与其热不稳定性密切相关。这是首次发现杀鲑气单胞菌杀鲑亚种的黑色素合成温敏性现象是HppD蛋白为适应细菌的低温生长环境而进化的结果。3)通过质谱技术首次在气单胞菌黑色素合成最终产物中鉴定了多巴黑色素单体组分,证实该菌同时存在尿黑酸黑色素和多巴黑色素二种色素,并提出气单胞菌中的混合黑色素及网络代谢调控的概念。结合蛋白质质谱技术,发现中间气单胞菌WS菌株表达两个多酚氧化酶,分别为漆酶YfiH和过氧化氢酶CAT。WS ΔyfiH的黑色素合成能力和野生菌株相比并无明显变化(约10%的下降),说明它与该菌的色素形成关系不大。但WS ΔkatE的黑色素合成不仅在产量上大幅度下降(超过50%),其合成过程相对于WS野生菌株而言也大幅度提前(从24 h提前至15 h),不过这个现象与已经证明的WS菌株以尿黑酸通路为该菌黑色素合成主要途径的结论并不完全相符。进一步的实验证实黑色素具有清除氧自由基的能力,在面对胞内氧自由基压力的时候可以部分行使CAT相关酶类的功能。因此突变株WS ΔkatE的黑色素合成过程被提前以维持胞内的ROS水平的上限,这个现象与真核生物中的相关报道一致,这是首次在原核生物中发现胞内氧自由基水平对黑色素合成的也存在调控关系。我们还发现确实CAT的WS ΔkatE 在培养过程中会因ROS造成的氧化压力提前死亡,有望开发出通过氧化压力来控制基因改造微生物细胞的程序死亡,降低遗传改造微生物释放到环境中时的生态安全风险。上述研究结果进一步扩展了人们对细菌合成黑色素的分子机理及生物学功能的认识。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
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专利列表
Identification of YfiH and the Catalase CatA As Polyphenol Oxidases of Aeromonas media and CatA as a Regulator of Pigmentation by Its Peroxyl Radical Scavenging Capacity.
YfiH 和过氧化氢酶 CatA 鉴定为气单胞菌介质的多酚氧化酶,CatA 通过其过氧自由基清除能力鉴定为色素沉着调节剂
DOI:10.3389/fmicb.2017.01939
发表时间:2017
期刊:Frontiers in microbiology
影响因子:5.2
作者:Chai B;Qiao Y;Wang H;Zhang X;Wang J;Wang C;Zhou P;Chen X
通讯作者:Chen X
Prophage LambdaSo uses replication interference to suppress reproduction of coexisting temperate phage MuSo2 in Shewanella oneidensis MR-1
Prophage LambdaSo 利用复制干扰来抑制 Shewanella oneidensis MR-1 中共存的温带噬菌体 MuSo2 的繁殖
DOI:10.1111/1462-2920.14592
发表时间:2019-06-01
期刊:ENVIRONMENTAL MICROBIOLOGY
影响因子:5.1
作者:Guo, Qinggong;Chen, Beibei;Chen, Xiangdong
通讯作者:Chen, Xiangdong
DOI:10. 14188/j. ajsh. 2020. 06. 006
发表时间:2020
期刊:生物资源
影响因子:--
作者:陈海雁;陈向东;俞黎姗
通讯作者:俞黎姗
DOI:--
发表时间:2020
期刊:生物资源
影响因子:--
作者:陈海雁;陈向东;俞黎姗
通讯作者:俞黎姗
4-Hydroxyphenylpyruvate Dioxygenase Thermolability Is Responsible for Temperature-Dependent Melanogenesis in Aeromonas salmonicida subsp. salmonicida
4-羟基苯丙酮酸双加氧酶的热稳定性是杀鲑气单胞菌亚种中温度依赖性黑素生成的原因。
DOI:10.1101/324731
发表时间:2018-05
期刊:Applied and Environmental Microbiology
影响因子:4.4
作者:Qiao Yunqian;Wang Jiao;Wang He;Chai Baozhong;Rao Chufeng;Chen Xiangdong;Du Shishen
通讯作者:Du Shishen
以质粒形态存在的极端嗜盐古菌Simuloviridae温和病毒的生命周期调控及与其宿主细胞间相互作用关系的研究
- 批准号:--
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:54万元
- 批准年份:2022
- 负责人:陈向东
- 依托单位:
DNA给体细胞在枯草芽孢杆菌自然遗传转化过程中的作用探究及生理机制解析
- 批准号:31970030
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:56.0万元
- 批准年份:2019
- 负责人:陈向东
- 依托单位:
共存于极端嗜盐古菌Natrinema sp. J7-1中的二个溶原病毒及病毒-宿主间相互作用的研究
- 批准号:31570174
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:65.0万元
- 批准年份:2015
- 负责人:陈向东
- 依托单位:
一种新的细菌间基因水平转移途径? - - 枯草芽孢杆菌细胞间遗传重组过程的基本特性研究及机理揭示
- 批准号:31270145
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:80.0万元
- 批准年份:2012
- 负责人:陈向东
- 依托单位:
中间气单胞菌WS菌株中与黑色素形成相关的独特酪氨酸酶基因的功能分析
- 批准号:31070077
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:40.0万元
- 批准年份:2010
- 负责人:陈向东
- 依托单位:
枯草芽孢杆菌的DNA胞外释放现象与缺陷性原噬菌体PBSX的相关性研究
- 批准号:30770042
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:30.0万元
- 批准年份:2007
- 负责人:陈向东
- 依托单位:
应用基因剔除小鼠对全麻药物多重分子作用靶位研究
- 批准号:30772076
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:32.0万元
- 批准年份:2007
- 负责人:陈向东
- 依托单位:
枯草芽孢杆菌的特定DNA片段胞外分泌及其转化活性的研究
- 批准号:30670041
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:8.0万元
- 批准年份:2006
- 负责人:陈向东
- 依托单位:
在固态基质表面进行的细菌自然遗传转化研究
- 批准号:30470032
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:20.0万元
- 批准年份:2004
- 负责人:陈向东
- 依托单位:
麻醉药对两种新型脑神经钾离子通道-TASK、HCN分子作用机制
- 批准号:30400422
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:21.0万元
- 批准年份:2004
- 负责人:陈向东
- 依托单位:
国内基金
海外基金
