銅綠假單胞菌噬菌體PaP1與宿主相互作用的研究：噬菌體感染和噬菌體耐受的機制.pdf

1、噬菌體是自然界中最廣泛存在的生物,其數(shù)量約為細菌的10倍。因此,細菌和噬菌體在自然界中一直存在著斗爭和共存。一方面,細菌有一系列的免疫機制來抵抗噬菌體感染,如抑制噬菌體吸附、阻止噬菌體DNA進入、剪切噬菌體DNA、流產(chǎn)感染等機制。而另一方面,噬菌體也可以進化出相應(yīng)的機制來對抗細菌的免疫。噬菌體感染的第一步就是吸附到宿主表面,多種噬菌體受體已經(jīng)被鑒定出來,如脂多糖(LPS),加膜多糖(CPS),鞭毛和膜蛋白等等。作為細菌的防守手段,細菌可

2、以通過改變這些受體的結(jié)構(gòu)來阻止噬菌體的吸附,如細菌可以修飾這些受體的結(jié)構(gòu)、分泌胞外基質(zhì)來覆蓋這些受體,或者分泌抑制性分子抑制噬菌體的結(jié)合。而同時,噬菌體又可通過改變其受體結(jié)合蛋白,如尾絲蛋白的結(jié)構(gòu),來感染原來耐受的細菌,從而最終殺死細菌。例如,熒光假單胞菌SBW25及其裂解性噬菌體phi2可以共存300多代,并不斷的發(fā)生共同進化,這主要就是通過改變受體結(jié)構(gòu)和噬菌體尾絲蛋白的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的。
　　銅綠假單胞菌是臨床上常見的革蘭陰性條件致

3、病菌,是醫(yī)院內(nèi)感染的主要病原菌之一,常見于燒傷、重癥監(jiān)護病房、免疫力低下的病人,以及囊性纖維化的病人。而且,由于銅綠假單胞菌能耐受多種抗生素,因此經(jīng)常導(dǎo)致治療失敗和病人死亡的。噬菌體作為一種可以殺死細菌的病毒,在發(fā)現(xiàn)初期就被應(yīng)用于臨床感染的治療,但隨著抗生素的發(fā)現(xiàn)和普及,噬菌體治療被逐漸忽視。但是隨著細菌耐藥性問題的日益嚴重,人們已經(jīng)面臨無藥可用的危險處境了。因此,噬菌體治療的臨床應(yīng)用前景在近年來又受到了重視。越來越多的研究已經(jīng)開始探索

4、噬菌體治療的效果。但是,要將噬菌體治療最終用于臨床,噬菌體-宿主的相互作用機制必須先期的深入研究,才能為今后的臨床研究打下堅實的基礎(chǔ),并為設(shè)計出更好的噬菌體治療策略提供理論指導(dǎo)。
　　我們實驗室最近分離鑒定了四株銅綠假單胞菌噬菌體。本課題以其中一個裂解性噬菌體PaP1及其宿主銅綠假單胞菌PA1為模型,分別研究了噬菌體PaP1感染細菌的機制,以及細菌PA1耐受噬菌體的分子機制:
　　1.鑒定了噬菌體PaP1的受體結(jié)合蛋白是尾絲

5、蛋白(tail fiber)。噬菌體感染的第一步就是通過受體結(jié)合蛋白(RBP)吸附在宿主表面。但是銅綠假單胞菌噬菌體的尾絲蛋白介導(dǎo)的宿主特異性研究還不清楚。本研究的目的就是鑒定銅綠假單胞菌噬菌體的受體結(jié)合蛋白,并對其進行遺傳改造。我們發(fā)現(xiàn)銅綠假單胞菌噬菌體PaP1和JG004的基因組序列非常相似,但是兩個噬菌體的宿主卻完全不一樣。我們通過遺傳學(xué)手段,發(fā)現(xiàn)噬菌體JG004的尾絲蛋白的一個點突變使得其可以同時感染PA1和PAO1。而將PaP

6、1的尾絲蛋白替換為JG004的尾絲蛋白后,重組的PaP1噬菌體則完全改變了其宿主特異性。因此,此研究鑒定了銅綠假單胞菌噬菌體的尾絲蛋白是吸附宿主的RBP,而且我們可以對其進行遺傳改造,這為噬菌體治療的研究打下了一定的基礎(chǔ)。
　　2.發(fā)現(xiàn)了一種新的噬菌體耐受機制:―斷臂求生‖。自然環(huán)境中細菌時時刻刻都面臨著噬菌體的感染,因此細菌有多種耐受噬菌體的機制,如抵抗噬菌體吸附、抑制噬菌體 DNA進入、限制-修飾系統(tǒng)、CRISPR-Cas系統(tǒng)

7、、流產(chǎn)感染等等。本研究以銅綠假單胞菌及其裂解性噬菌體PaP為模型,分離鑒定了耐受噬菌體的突變菌株P(guān)A1r,意外的是耐受噬菌體的銅綠假單胞菌 PA1r可以分泌紅色色素。于是我們對敏感株 PA1和PA1r進行了全基因組測序,并進行了比較基因組學(xué)分析。發(fā)現(xiàn)PA1r基因組中丟失了一段219.6KB的片段。其中hmgA基因的丟失,導(dǎo)致了一種紅色底物尿黑酸的積累,而galU基因的丟失則導(dǎo)致PA1r失去了脂多糖(LPS)。而LPS是噬菌體PaP1的受