lmo1508/lmo1509基因缺失对单增李斯特菌生长曲线、抗氧化应激能力的影响(一)
摘要:旨在构建单增李斯特菌(LM)谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)的绿色荧光蛋白(GFP)报告系统,筛选GSH-Px的调控因子,并验证调控因子对LM生长能力和抗氧化应激能力的影响。通过重叠延伸PCR(SOE-PCR)方法,构建携带gsh-px启动子区域的gfp报告质粒pFL516;通过测定携带报告质粒的亲本株10403S-pFL516荧光蛋白表达情况来验证报告质粒pFL516是否构建成功;通过测定报告质粒pFL516在亲本株10403S和各双元调控系统缺失株里的转录水平来筛选GSH-Px的调控因子;生长曲线检测该调控因子缺失对LM生长能力的影响;通过氧化应激存活试验,测定该调控因子缺失对LM抗氧化应激能力的影响。结果:PCR检测显示报告质粒pFL516成功构建并电转入14对双元调控系统缺失株,其中7对双元调控系统的缺失导致gsh-px基因转录水平上调,6对双元调控系统的缺失则导致gsh-px基因转录水平下调,1对双元调控系统缺失后gsh-px的转录水平无显著差异。选取双元调控系统lmo1508/lmo1509进一步研究发现,在非胁迫和金属离子胁迫条件下双元调控系统lmo1508/lmo1509缺失株的gsh-px转录水平显著高于亲本株10403S,说明lmo1508/lmo1509负调控gsh-px的转录水平;生长曲线结果表明lmo1508/lmo1509基因缺失不影响10403S菌株的生长能力,应激存活试验结果表明,lmo1508/lmo1509缺失显著降低LM在氧化应激条件下的存活率,表明lmo1508/lmo1509对LM的抗氧化应激能力存在正调控。结果表明,在LM中成功构建gsh-px的报告系统,并筛选出调控gsh-px的调控因子lmo1508/lmo1509,为深入了解双元调控系统与LM抗氧化酶GSH-Px之间的调控关系提供了重要的研究工具。
单增李斯特菌(Listeria monocytogenes, LM)是一种革兰阳性、兼性厌氧的食源性致病菌,通常经污染的食品进入人类和动物体内,可穿透肠道屏障进入血液,然后通过血液循环突破血脑屏障和胎盘屏障,进而引发严重的李斯特菌病。该病对老人、婴幼儿及孕妇等免疫力低下的人群危害极大,主要症状表现为败血症、脑膜炎、流产甚至死亡。
LM在自然界中无处不在,可以在多种不利环境,如强酸、强碱、高渗透压、低温和氧化应激环境中生存,这一特性对食品环境安全构成了严重的威胁。氧化应激是最常见的一种不利环境,LM所面临的氧化应激包括活性氧(ROS)、活性氮(RNS)、活性氯(RCS),体内活性物质过多使氧化和抗氧化系统失衡造成氧化损伤,氧化损伤会对细菌产生不良影响,如脂质过氧化、蛋白质变性、DNA损伤,甚至可能导致细胞死亡。LM在宿主胞内存活的关键在于平衡胞内的活性物质并将损伤的DNA和蛋白质进行修复和清除。因此LM需要强大的抗氧化系统对抗因活性物质过量造成的危害。LM的抗氧化系统主要分为两类:非酶促和酶促,其中非酶促抗氧化系统包含多类非酶类抗氧化物质,如抗坏血酸、谷胱甘肽、生育酚、维生素E、类胡萝卜素和脯氨酸等,酶促则是LM可利用各类清除酶抵抗氧化应激。LM中经典的酶促抗氧化防御系统由硫氧还蛋白、超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、谷胱甘肽还原酶及谷胱甘肽硫转移酶等组成,它们协同作用帮助LM抵抗氧化应激。
双组分信号转导系统(TCS),又称双元调控系统,广泛存在于细菌中,参与调控细菌的一系列生物学过程,如细胞分裂、环境代谢的适应性、群体感应、生物被膜的形成和毒力基因的表达等。典型的细菌TCS由组氨酸传感激酶(HK)和应答调节蛋白(RR)组成。
谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)在真核生物中是抗氧化系统中一种重要的抗氧化酶,但在原核生物中的研究很少。GSH-Px在细胞降解过氧化氢和有机氢过氧化物的过程发挥显著作用。因为绿色荧光蛋白(GFP)具有荧光稳定且在各物种中均能稳定表达的优点,所以为了深入研究GSH-Px在LM中的作用,本文成功构建GSH-Px绿色荧光报告系统并通过该报告系统筛选调控GSH-Px的调控因子,为GSH-Px在LM中的功能研究奠定了基础。
1 材料与方法
1.1 菌株与载体
LM参考菌株10403S(血清型为1/2a型)、大肠杆菌DH5α、携带gfp片段的质粒pFL251、载体质粒pERL3均由本实验室保存;LM的14个TCS缺失株由本实验室前期构建并保存,其缺失的TCS具体信息及主要功能见表1。
表1 LM的14个TCS缺失株所缺基因信息
1.2 主要试剂
2×Taq Plus Master Mix Ⅱ购于南京诺唯赞生物科技股份有限公司;核酸染料Goldview购于上海自赛百盛公司;琼脂糖、DNA Marker购自擎科生物有限公司;限制性内切酶SalⅠ购自NEB公司;重组连接酶购于艾德莱生物有限公司;胶回收试剂盒、质粒提取试剂盒、红霉素(EM)均购自Sigma-Aldrich公司;脑心浸液培养基(BHI)购自北京拜尔迪生物技术有限公司;LB培养基购自北京陆桥生物科技有限公司。
1.3 引物设计
LM中lmo0983编码gsh-px,而通过生物信息学网站www.biocyc.org查询得知lmo0982和lmo0983共用1个启动子。以LM参考菌株10403S基因组为模板,选取lmo0982和lmo0983基因前600 bp序列通过启动子预测网站(Promoter Prediction by Neural Network)预测出gsh-px的启动子区域,并参照gfp基因序列通过Vector NTI软件设计扩增引物(表2),引物由武汉擎科生物技术有限公司合成。
表2 引物序列信息
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