铜绿假单胞菌铁反应基因调控的研究
对大多数细菌而言，铁是一个必不可少的营养元素。尽管地球上铁含量丰富，但在大多数环境中铁对生物体而言是难以获得的。铁限制是宿主防御病原菌侵害的第一道防线：另一方面过多的铁又会导致氧化伤害。为了避免铁吸收过程中各种过度放任导致的不良后果，微生物进化了复杂而又巧妙的遗传和生化机制以控制铁的吸收、代谢和平衡。群体感应系统是一个细胞密度依赖的全局性基因表达调节系统，它与铁调节系统相互作用编织出复杂的调控网络。
铜绿假单胞菌是一种重要的机会致病菌，可引起包括囊胞性纤维症病人的慢性肺感染等多种感染性疾病，是主要的医源性感染源。该菌具有庞大的基因组和复杂多样的调节机制，来调控各种毒性因子的表达和生理生化活动以适应环境变化。
本文分别对该基因组中两个铁反应基因，编码双组分反应调节子的PA2572和编码柠檬酸铁吸收途径sigma因子的PA3899进行功能研究。首先分别构建两基因的铜绿假单胞菌PAO1的敲除突变体，并利用无启动子的luxABCDE发光基因作为报告基因进行启动子活性研究。研究发现PA2572对铁载体的合成基因pchDCBA和pvdF以及未知功能基因PA3849的表达有影响；PA3899对pvdF和oprL基因也有一定的作用，预示着两个基因分别与铁载体吸收系统有一定的调控关系。两基因对其他铁反应基因，QS系统及其调节的毒性因子基因没有明显调节作用；而QS系统对PA2572和PA3899分别具有促进和抑制作用。研究还发现铁对QS系统及其毒性因子基因的表达具有一定促进作用；铁对生物被膜的产生是不利的，高铁条件下突变体PAO1(△2572)和PAO1(△3899)的生物被膜产量也较野生型PAO1的少。
tol—oprL基因在维持外膜完整性，转膜运输以及革兰氏阴性菌的细胞分裂方面起着重要的作用。在铜绿假单胞菌中，tol—oprL基因簇由独特的三个操纵子组成：orf1—tolQRA，tolB和oprL—orf2，它们均受到铁的调节。TolQRA复合物和铁运输系统的ExbBD—TonB具有相似性，其功能可以部分互相代替。本文研究了orf1—tolQRA操纵子的启动子及其表达图特性，并对Orf1的功能进行了研究。通过放射标记和荧光标记的引物延伸反应，以及以lacZ和luxABCDE为报告子的启动子活性研究，发现tolQRA上游有两个不同的启动子，一个位于orf1的前面是组成型的，一个位于orf1内部是受铁调控的。在生长稳定期，tol—oprL操纵子均受到QS系统的抑制。与tolQ和tolA突变体不可存活不同，可存活的orf1敲除突变株是可以构建的，该突变体的细胞和克隆形态均有变化。首次证明铜绿假单胞菌中，Orf1在Tol—OprL复合物中起着并非必不可少的作用。
单胞菌科;铜绿假单胞菌;致病菌;基因调控;铁调节系统
西北大学
博士
微生物学
段康民
2009
中文
Q939.112
89
2009-08-21（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）