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霍乱弧菌非产毒株prophage编码T6SS依赖的新效应子靶向特异杀伤产毒株机制研究

批准号:
32100019
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
刘鸣
依托单位:
学科分类:
微生物生理与生化
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
刘鸣

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
微生物资源的开发和利用在自然资源高效利用和可持续发展等方面起着重要的作用。霍乱弧菌由产毒和非产毒两种菌株构成,且产毒株的致病感染性依旧是当今社会重要的公共卫生问题。本项目我们率先报道环境分离的非产毒株1928通过T6SS(Type VI Secretion System)高效杀伤大流行产毒株C6706、N16961和V52现象。进一步研究发现非产毒株三个已知效应子点突变失活或敲除后依旧能够通过T6SS杀伤产毒株但不再杀伤大肠杆菌、嗜水气单胞菌和产气肠杆菌,因此,我们大胆推测菌株1928存在以T6SS依赖的方式分泌新的效应子,可以高效且特异杀伤产毒株。定量蛋白质组学和进一步实验结果首次证实前噬菌体携带的潜在新效应子对产毒株特异杀伤。综上所述,前噬菌体编码新的效应子探索对全面深入理解T6SS杀菌机制以及对利用非产毒株微生物资源开发靶向治疗霍乱与疫情防控具有重要科学意义。
英文摘要
The development and utilization of microbial resources play an important role in the efficient utilization and sustainable development of natural resources. Vibrio cholerae is composed of toxigenic and non-toxigenic strains. The infection of pathogenic bacteria has become an important public health problem in today's society. In this investigation, we firstly reported a phenomenon that a non-toxigenic strain 1928 isolated from the environment effectively kills pandemic strains C6706, N16961 and V52. Further study found that all known effectors inactivation by point mutation and knockout methods are still effective in killing the Vibrio cholerae pandemic strains but not in Escherichia coli MG1655, Aeromonas hydrophila and Enterobacter aerogenes. Therefore, We boldly speculated that the non-toxin-producing strain 1928 secrets new unknown effector that are highly effective and specific to kill pathogenic Vibrio cholerae strains in a T6SS dependent fashion.The results of quantitative proteomics and further experiments showed that the gene carried by the prophage did specifically kill toxigenic strains. In summary, the exploration of novel effector has important scientific significance for the comprehensive understanding of T6SS-mediated killing mechanism and the development of microbial resources for targeted treatment and prevention of cholera.
本研究通过研究细菌Ⅵ型分泌系统对霍乱弧菌种内互作出发,揭示环境中毒性菌株与非毒性菌株的天然拮抗机制。基于一株环境水样分离的非毒性菌株高效拮抗毒性菌株表型出发,通过生物信息学、分泌组学等技术手段鉴定非毒性菌株编码3个新的Ⅵ型效应蛋白VgrG3cp, Tle1Vc, TseV,并对其进行功能解析。本项目通过系列生物化学实验手段鉴定出VgrG3cp和Tle1Vc分别为肽聚糖水解酶活性和脂酶活性抗菌蛋白,其中Tle1Vc除了抗菌功能之外,还调控细菌的毒力基因表达,例如游动性和tit-for-tat反应。引人注意的是,TseV蛋白被鉴定为一种全新的成孔毒素,能特异地杀伤弧菌细菌,表明其在精准抗菌治疗领域的潜力。基于TseV的抗菌研究,我们发现细菌质子驱动力对大肠杆菌抵抗TseV的毒性是非常重要的。TseV的弧菌特异性杀伤被表明可能相关于细菌的ATP依赖性。从细菌进化角度而言,获得TseV的霍乱弧菌有明显的竞争优势,这可能是产毒霍乱弧菌环境持留减弱的重要原因。因TseV位于一个新的dusA相关的可移动元件上,我们研究发现其在整合酶IntDAV的催化下发生切割和转移,一致于TseV在弧菌细菌中的广泛存在。值得注意的是,IntDAV催化的位点特异重组位点attB广泛存在不同细菌中,其中一些种属细菌已经被我们的实验证明。这为基于IntDAV开发基因组编辑系统提供理论依据和数据支撑。总之,本项目解析了一种全新抗菌蛋白TseV的弧菌杀伤机制,为弧菌病的防控和临床治疗提供新的抗菌资源。此外,广宿主编基因组辑整合酶Int1的发现为细菌基因组修饰提供一种稳定且高效的遗传学改造工具。
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