糞腸球菌噬菌體裂解酶作用機制研究

《糞腸球菌噬菌體裂解酶作用機制研究》是依託中國人民解放軍軍事科學院軍事醫學研究院，由米志強擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：糞腸球菌噬菌體裂解酶作用機制研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：米志強
• 依託單位：中國人民解放軍軍事科學院軍事醫學研究院

中文摘要

糞腸球菌引起的院內感染日益嚴重，臨床上已經出現對多種抗生素（包括萬古黴素）耐藥的糞腸球菌菌株。來源於噬菌體的裂解酶體外套用能夠殺滅革蘭氏陽性細菌，裂解酶的殺菌機制與抗生素不同，有望作為替代療法用於控制耐藥菌感染。本項目前期工作從醫院污水中分離到一株糞腸球菌裂解性噬菌體並鑑定了裂解酶基因，表達後裂解酶能夠裂解大部分臨床分離耐藥糞腸球菌菌株（包括耐萬古黴素糞腸球菌），但仍有少部分菌株對該裂解酶不敏感，不同菌株對該裂解酶敏感性不同的分子機制尚不清楚。本項目擬在前期工作基礎上進一步研究該裂解酶的作用機制，運用基因改組技術鑑定其細菌結合域和催化域以及這些結構域對裂解酶活性的影響；利用質譜分析方法研究裂解酶作用的靶分子和靶位點及其在敏感性不同糞腸球菌菌株上的分布特點，闡明糞腸球菌噬菌體裂解酶的作用機制及菌株敏感性不同的分子基礎，為改造裂解酶以提高其裂解譜奠定基礎。

結題摘要

糞腸球菌為腸球菌屬成員，革蘭氏陽性、兼性厭氧，廣泛存在於人或動物上呼吸道、腸道和生殖道中,該菌對環境抵抗力較強。糞腸球菌通常情況下不致病，但因病人免疫力低下可遷移到其他部位而引起感染，導致敗血症、心內炎或腦炎。近年來，糞腸球耐藥情況逐漸上升，已出現多藥耐藥菌株，給該菌的感染防控帶來困難。隨著細菌耐藥問題愈發嚴重，尋找抗生素以外的抗菌替代方案凸顯重要。噬菌體是細菌的病毒，是自然界控制細菌數量的重要因素之一。噬菌體及其來源的裂解酶、解聚酶有望為解決細菌抗生素耐藥問題提供替代方案。 本研究利用一株萬古黴素耐藥糞腸球菌作為宿主菌，從醫院污水中分離到一株裂解性噬菌體。通過全基因組測序、序列分析、基因注釋，發現其攜帶有裂解酶(endolysin)基因LysIME-EF1。該裂解酶蛋白能過夠在大腸桿菌內可溶性表達，體外表達的蛋白外用能夠裂解糞腸球菌。糞腸球菌噬菌體裂解酶LysIME-EF1包含催化域和結合域。結合域用來識別並結合敏感菌株，介導催化域破壞敏感菌的細胞壁導致細菌裂解。將糞腸球菌噬菌體裂解酶基因LysIME-EF1的結構域與另外一個糞腸球菌噬菌體來源裂解酶相應結構域進行互換，仍然保持裂解活性。 本研究在此基礎上對糞腸球菌噬菌體裂解酶LysIME-EF1的結構進行了解析，在1.75埃的解析度下獲得該蛋白的結構。結構分析發現屎腸球菌噬菌體裂解酶LysIME-EF1蛋白結構由一條該基因編碼的全長多肽鏈與3個N端截短的多肽鏈組成的四聚體。在此基礎上，進一步驗證了這條被截短的多肽鏈是由全長序列上一個內部核糖體結合位點及替換轉錄起始位點介導表達。同時本研究揭示了屎腸球菌噬菌體裂解酶的鈣離子依賴性。本研究首次從蛋白晶體結構角度證實了該類噬菌體裂解酶全酶的結構特徵及其形成的分子機理，這些研究結果對於解釋裂解酶特異性和作用機制具有重要意義。