河海大学海洋学院硕士研究生在弧菌基因资源利用与毒力差异机制方面取得研究进展

发布时间:2020-06-15浏览次数:53

  弧菌是海洋环境中普遍存在的一类嗜盐性细菌,具有广泛的遗传多样性和很强的环境适应性;大部分弧菌是海洋微生物群落的正常组成部分,可利用琼脂、几丁质和纤维素等大分子多糖作为碳源,在海洋有机碳循环中发挥重要作用;同时部分弧菌种类却是海洋养殖动物和人类的病原菌,由此可造成巨大的经济损失和引发公共卫生安全问题,故其毒力机制研究备受关注。

  琼脂糖酶是一类能催化分解琼脂多糖的酶的总称,已在食品工业等领域广泛应用于琼脂寡糖的制备;海洋微生物是琼脂糖酶的重要来源之一,它们通过编码琼脂糖酶以使自身更好地利用海洋环境中的琼脂多糖等有机物,在满足生存、繁殖的同时也促进了海洋有机碳的循环。

  海洋学院2017级硕士研究生刘宇鹏等从大量的海洋弧菌中筛选得到一株能高效降解琼脂的闪沙弧菌(Vibrio astriarenae)HN897,测定其上清液酶活时发现具有琼脂酶活性;为查明其降解琼脂的分子机制,进一步破译了HN897全基因组序列(这是第一株完整测序的闪沙弧菌菌株);生物信息学分析发现,HN897编码较多的糖苷水解酶(GlycosideHydrolases,GHs),其中包括8个潜在的分属于GH50与GH16家族的琼脂糖酶基因;通过基因敲除和回补实验发现,GH16家族的Vas1_1339是负责HN897降解琼脂的关键基因。研究结果不仅揭示了闪沙弧菌降解琼脂的分子机制,而且也为工业上制备的活性高的琼脂糖酶制品奠定了工作基础。相关结果已发表在微生物学国际期刊《Frontiersin Microbiology》(中科院分区2区)上。


图.1 闪沙弧菌HN897降解琼脂关键基因Vas1_1339的鉴定(图注请见原文)


  III型分泌系统(Type III secretion system, T3SS)是许多病原细菌中保守存在的“注射器状”的毒力装置,其通过分泌效应蛋白(毒力蛋白)至宿主细胞内而发挥毒力效应。尽管T3SS的结构蛋白在不同细菌之间相对保守,但是效应蛋白却千差万别,甚至在同一种细菌的不同株之间亦存在差异。已被证实,T3SS是部分弧菌种类的重要毒力因子。

  海洋学院2017级硕士研究生吴超等从我国华南和江苏沿海地区分离了多个种类的弧菌,利用基因组步移等技术获得了60多株弧菌T3SS效应蛋白编码区的序列,揭示了它们编码的效应蛋白种类和数量在不同弧菌之间以及同一弧菌不同种之间存在差异;同时发现了不同弧菌菌株的细胞毒性差异不仅与其编码的效应蛋白种类有关,还与其细胞黏附也密切相关。研究结果不仅有助于揭示不同海洋弧菌菌株之间毒力存在差异性的内在机制,而且有助于研发针对性的小分子防控药物。相关研究结果发表在微生物学国际期刊《Frontiers in Cellular and Infection Microbiology》(中科院分区2区)上。


图.2 不同海洋弧菌T3SS所编码的效应蛋白类型及数量的示意图(图注请见原文)


  刘宇鹏和吴超两位同学是海洋学院赵哲教授团队(海洋生物技术团队)的硕士研究生。该团队近期主要围绕暗纹东方鲀生长、抗病、抗逆等产业所需求性状的遗传基础、海洋微生物(弧菌和病毒)环境适应性及其致病机理、海洋微生物驱动生源要素循环的作用及机制开展研究,目前正承担的主要科研项目有国家重点研发计划(蓝色粮仓科技专项)、国家自然科学基金、江苏省自然科学基金和江苏省现代农业产业技术体系等项目10余项。

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  1、Liu Y,Jin X, Wu C, Zhu XY, Liu M, Call DR, Zhao Z*. Genome-wideidentification and functional characterization of β-agarases in Vibrio astriarenaestrain HN897.Front Microbiol. 2020. doi: 10.3389/fmicb.2020.01404

  2、Wu C,Zhao Z*, Liu Y, Zhu XY,Liu M, Luo P, Shi Y. Type III Secretion 1 effector gene diversity amongVibrio isolates from coastal areas in China.Front Cell Infect Microbiol. 2020. doi:10.3389/fcimb.2020.0030