大肠杆菌硫氧还蛋白DsbA调控T1样噬菌体复制的分子基础与作用机制
批准号:
32072822
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
严亚贤
依托单位:
学科分类:
兽医细菌及其他微生物学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
严亚贤
中文摘要
DsbA为大肠杆菌周质空间硫氧还蛋白家族成员,在维持蛋白功能中发挥重要作用。项目组发现,缺失dsbA的大肠杆菌生长特征不变,也不影响T1样噬菌体的吸附和基因组DNA的注入,但子代噬菌体数量显著下降。为阐明DsbA影响噬菌体复制的分子机制,本项目聚焦细菌DsbA及其互作分子,分析影响噬菌体复制的DsbA活性位点;明确DsbA调控噬菌体复制的关键环节;解析DsbA通过跨膜蛋白激活细菌转录调节因子、启动相关基因转录和翻译,进而影响噬菌体生物合成和子代组装的调控网络;揭示DsbA通过修饰Holin触发Lysin裂解肽聚糖促进噬菌体释放的机制。最终系统阐明大肠杆菌DsbA操控T1样噬菌体复制的分子基础,诠释DsbA缺失所致噬菌体耐受的调控机制。选题具有开创性,研究结果将拓展细菌与噬菌体互作的新理论,为开发耐药性大肠杆菌的高效噬菌体治疗制剂、减少抗生素使用、维护绿色生态环境等提供科学依据和创新策略。
英文摘要
DsbA is a thioredoxin in the periplasm of E. coli cells and plays an important role in maintaining protein functions. Our preliminary data showed that the growth kinetics of dsbA deficiency E. coli were similar to wild type strains and did not affect the adsorption and DNA injection of T1-like phage, but the numbers of the offspring phage were decreased significantly. To elucidate the molecular mechanism of DsbA regulating phage replication, this project focuses on the E. coli Dsb system, locating on the functioning cysteine activity center. The effect of multigene synergy of Dsb family on phage replication will be studied. To reveal the key steps of DsbA regulating phage replication, the different functional transmembrane proteins that may directly interact with DsbA and their key interaction molecules and regulatory pathways will be explored. The mechanism of DsbA promoting the release of phage by activating the endolysin to lysate peptide polysaccharides via triggering holin will be demonstrated. A regulatory network for phage replication that relies on bacteria DsbA will be consequently constructed, and the molecular mechanism of E. coli DsbA regulating phage replication and phage tolerance induced by DsbA deficiency will be systemically elucidated. The results will enrich the scientific theory of interaction between bacteria and phage, and provide scientific basis and innovative strategies for synthesizing or modifying phages, developing phage therapeutic agents for drug-resistant E. coli. This will promote the reduction of antibiotic use and improve the green ecological balance.
本项目基于蛋白组学等方法,发掘到与噬菌体复制直接相关的二硫键氧化酶基因(dsbA)。进一步研究发现DsbA的缺失只影响长尾噬菌体的成斑及复制能力,表明DsbA蛋白可能特异性靶向修饰噬菌体编码的蛋白。DsbA发挥二硫键修饰功能时依赖其活性基序C49-P50-H51-C52,将活性基序中的C49和C52突变后回补至缺失株中,发现C49和C52是DsbA影响噬菌体SH2复制的关键位点。Dsb家族分别通过DsbA-DsbB和DsbC-DsbD两条途径发挥二硫键氧化功能与还原校对功能。通过吸附试验、噬斑试验、钾离子外排水平检测及荧光定量PCR等,结果显示DsbA-DsbB通路不参与噬菌体SH2基因组DNA的注入与复制。进一步制备超薄切片,利用透射电镜观察发现噬菌体SH2能够在DsbA缺失株组装成功完整的病毒颗粒,且超声破碎后可释放出大量具有感染能力的子代噬菌体,确定了DsbA影响了噬菌体SH2的裂解释放。鉴于噬菌体介导细菌裂解通常由Holin-Lysin-Spanin模块蛋白协作,分别突破革兰阴性菌细菌内膜-肽聚糖层-细菌外膜,完成细菌裂解过程,故将穿孔素Holin、裂解酶Lysin和跨越素Spanin分别在野生型和DsbA缺失型细菌中进行表达,利用烷基化试剂MAL-PEG标记后发现Lysin和Spanin并不依赖DsbA发生二硫键修饰。同时,借助TMHMM 2.0软件及PSORT Prediction软件分析发现SH2穿孔素Holin属于Ⅲ类穿孔素,具有一个跨膜结构域。进一步研究发现Holin能够破坏细菌内膜从而裂菌,且唯一的半胱氨酸C17是发挥裂菌功能的关键位点。但在DsbA缺失后,Holin蛋白丧失了裂菌能力。采用非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳分析,结果显示Holin蛋白能够在野生型细菌中形成成熟的寡聚体,但当DsbA缺失或C17发生突变后,Holin蛋白寡聚体结构发生变化。进一步借助AlphaFold对Holin蛋白及突变体结构进行模拟,发现C17在维持穿孔素的正确结构中发挥了关键作用。结合裂解酶和穿孔素共表达时能够加速裂解野生型细菌,最终揭示了DsbA参与噬菌体SH2穿孔素蛋白Holin寡聚化,触发细菌内膜形成孔洞,导致细菌裂解和噬菌体释放的新机制。研究成果将为深入解析噬菌体与细菌的互作机制、开展噬菌体高效治疗和保护发酵菌株免受噬菌体入侵等方面提供新的理论依据。
密度感应信号分子AI-2激活大肠杆菌CRISPR-Cas适应性免疫的分子基础与调控机制
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批准号:31772744
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项目类别:面上项目
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资助金额:61.0万元
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批准年份:2017
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负责人:严亚贤
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依托单位:
模拟真菌毒素表位的嵌合核酸适配子的构建及无毒、环保真菌毒素检测体系的建立
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批准号:31571932
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项目类别:面上项目
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资助金额:60.0万元
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批准年份:2015
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负责人:严亚贤
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依托单位:
Stx噬菌体突破宿主菌CRISPR免疫系统导致多重溶原的分子互作机制
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批准号:31272580
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项目类别:面上项目
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资助金额:80.0万元
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批准年份:2012
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负责人:严亚贤
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依托单位:
动物源大肠杆菌O157中VT2噬菌体的整合位点、vt2基因和侧翼序列、噬菌斑形成等分子遗传特征
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批准号:30571384
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项目类别:面上项目
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资助金额:26.0万元
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批准年份:2005
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负责人:严亚贤
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依托单位:
国内基金
海外基金