綠膿桿菌新型集成群體感應系統的功能及機理研究

《綠膿桿菌新型集成群體感應系統的功能及機理研究》是依託華南農業大學，由張煉輝擔任項目負責人的重點項目。

基本介紹

• 中文名：綠膿桿菌新型集成群體感應系統的功能及機理研究
• 項目類別：重點項目
• 項目負責人：張煉輝
• 依託單位：華南農業大學

項目摘要

群體感應是微生物中廣泛保守存在的一種細胞與細胞間的通信機制，協調細菌各種群體活動，研究群體感應機制對控制和預防細菌感染至關重要。綠膿桿菌採用由las、pqs及rhl調控系統組成的群體感應網路協調其毒力基因表達。但不少臨床分離株均發現中央Las系統功能突變受損，促使我們探索綠膿桿菌是否存在一種可能取代las的機制，並最近分離鑑定到一種新群體感應信號IQS。阻斷 IQS合成導致pqs及rhl系統的群體感應並顯著降低菌株毒力。IQS產生受las嚴格控制但同時也被磷酸貧乏狀況激活，磷酸貧乏是細菌感染過程中的常見脅迫信號。我們的研究結果首次證明綠膿桿菌存在一種新型集成群體感應系統，上連中央las系統和磷酸脅迫應激反應機制，下接pqs及rhl系統。本項目旨在研究IQS受體蛋白和下游調控因子，分析IQS合成途徑和分子運輸機理，明確IQS信號通路和調節機制，為闡明綠膿桿菌群體感應機理和致病調控機制奠定基礎

結題摘要

綠膿桿菌是醫院感染最常見的病原菌之一，對絕大部分抗生素均表現極強的抗藥性，臨床治療困難很大。我們幾年前首次報導了綠膿桿菌的一個全新的群體感應集成系統IQS，該系統連線中央 las系統和磷酸應激回響機制和下游的pqs和rhl系統，病原細菌因而既能感應細菌群體的變化也能感受寄主體內磷酸枯竭逆境狀態，進而調控一系列細菌毒力基因的表達。本項目旨在系統研究IQS系統的信號轉導通路和通訊機理。研究結果表明低磷逆境誘導pvdQ 基因的表達，其產物降解 las 群體感應信號N-醯基高絲氨酸內酯。PhoB可以結合pvdQ的啟動子區域、從而正向調控pvdQ的轉錄表達。敲除pvdQ後，綠膿桿菌IQS和PQS群體感應信號合成顯著降低、致病因子的產生和致病毒力明顯下降，說明PvdQ在IQS信號調控過程中起重要作用。我們進而構建了依賴於IQS信號的報告菌株，對其突變體進行篩選分析發現了調控基因iqs32。其表達在缺鐵和缺磷情況下受IQS的正向調控;iqs32在IQS合成缺失突變體ΔambB中表達明顯降低，但添加外源IQS可以恢復其表達。Iqs32對致病因子的產生不可或缺,添加外源IQS可以恢復突變體ΔambB中致病因子的產生，但無法恢復突變體Δiqs32的表型。說明IQS信號通過調控Iqs32的表達，進一步影響致病因子的產生。在分析IQS信號調節子的過程中，我們注意到一個編碼化學代謝產物（稱之為IQS2）的基因簇在IQS合成突變體ΔambB明顯下調。IQS2終端合成基因的刪除對IQS和3OC12HSL的產生沒有影響，但導致QS信號PQS和C4-HSL水平以及致病因子產生的降低，這表明它位於IQS信號的下游。另外，表型分析結果表明兩相調控系統IqsSR調控與IQS和IQS2相同的表型，等溫滴定量熱法研究發現IqsS和IQS2有蛋白-信號相互反應，證明IqsS與IQSII的信號轉導有關。我們的實驗結果還表明IQS與IQS2有一定的結構相似性，分別由同一基因簇的不同基因編碼產生。綜上所述，本項目的實驗結果進一步闡明了IQS通訊系統的功能與調控機理，豐富了我們對綠膿桿菌複雜而多元的群體感應通訊網路的認識，並為發展新型病害防控策略提供了分子基礎和新的思路。