金黄色葡萄球菌诱导奶牛乳腺炎差异蛋白质筛选及基因免疫治疗研究

Dairy mastitis is the most important and complex disease of dairy industry and a major source of economic losses to the dairy industry worldwide.Staphylococcus aureus is one of the most important pathogenic bacteria which causing dairy mastitis. The author has successfully established the Chinese Holstein dairy clinical mastitis disease model which caused by artificially infected with S.aureus and analyzed the differences in genes expression profiles in the whole genome-wide expression spectrum by using Affymetrix Bovine cDNA microarray technology. Based on the differential proteomics method,this study is designed to obtain the differential protein expression and protein-related information by combining the Two Dimensional Fluorescence Difference Gel Electrophoresis (2-D DIGE) with Matrix-Assisted Laser Desoption/Ionization Time of Flight Mass Spectrometry (MALDI-TOF-MS) identification techniques.After artificial infection,the pathological and physiological changes mechanism,segregating and screening of clinical mastitis disease molecular markers and key proteins will be observed through systematically analysis on the genome, transcriptome and proteome aspects. Meanwhile,gene regulation and protein interaction network will be investigated by bioinformatics methods and related experimental techniques.Then,we verify the function of differentially expressed genes and proteins from the molecular, cellular and overall level.This study will support to further clarify the molecular mechanism of dairy mastitis,explore the gene immunization approach in the therapy and provide a theoretical basis and practical approach to breeding for disease resistance to dairy mastitis.

奶牛乳腺炎一直是危害世界奶牛业的重大疾病之一，金黄色葡萄球菌感染是导致奶牛乳腺炎最主要的致病因素。本项目建立在申请人构建的金黄色葡萄球菌感染中国荷斯坦奶牛乳腺炎疾病模型和利用全基因组表达谱基因芯片技术筛选差异表达基因的基础之上，基于差异蛋白质组学研究方法，运用荧光差异双向电泳技术联合基质辅助激光解析电离飞行时间质谱鉴定技术来获得差异蛋白质表达量变化及蛋白质相关信息；从基因组、转录组和蛋白质组三个方面系统地研究金黄色葡萄球菌感染奶牛乳腺后的奶牛病理及生理变化机制，分离与筛选乳腺炎临床疾病分子标志物与关键蛋白质；同时运用生物信息学方法及相关实验技术对基因调控与蛋白质互作网络进行分析；然后从分子水平、细胞水平和整体水平三个层次对筛选的差异基因和蛋白质的功能进行验证，进一步明确奶牛乳腺炎的分子调控机制，深入探讨基因免疫方法在奶牛乳腺炎治疗中的应用，为奶牛乳腺炎抗病育种提供理论依据和现实途径。

奶牛乳腺炎是造成世界奶牛业损失惨重的重大疾病之一，金黄色葡萄球菌感染是导致奶牛乳腺炎最主要的致病因素。虽然人们对奶牛乳腺炎进行了大量的科学研究，也取得了一系列重要进展，但至今都未能提出一个彻底解决的方案。本项目充分利用申请人已经成功构建的金黄色葡萄球菌感染中国荷斯坦奶牛的乳腺炎疾病模型和全基因组表达谱基因芯片技术筛选差异表达基因的数据，结合差异蛋白质组学研究方法，构建了由于金黄色葡萄球菌感染而诱发奶牛乳腺炎的差异表达蛋白质图谱，获得了奶牛乳腺炎的差异表达蛋白质的表达量变化及蛋白质相关信息，并建立了与奶牛乳腺炎相关的差异表达蛋白质库。本项目综合利用生物信息学和相关分子生物学实验技术，从基因组、转录组和蛋白质组三个方面系统地解析了金黄色葡萄球菌感染奶牛乳腺后的病理及生理变化机制，分离和筛选了BRCA1，TLR4，MBL1，CACNA2D1，S100A11等奶牛乳腺炎相关功能基因和蛋白质，并从分子、细胞和整体水平三个层次对筛选的差异基因和蛋白质进行了功能验证，进一步明确了金黄色葡萄球菌感染诱发奶牛乳腺炎的分子机制，同时初步探讨了基因免疫方法在奶牛乳腺炎治疗中的应用，夯实了奶牛乳腺炎预防与治疗的理论依据和实现途径。本项目的实施为进一步阐明奶牛乳腺炎的致病机理和病理学研究以及奶牛乳腺炎抗病育种提供了一些理论依据和实验参考。本项目研究成果具有较好的应用前景与推广开发利用价值，相关研究成果的应用将有利于增强奶牛抗乳腺炎能力，降低乳腺炎对奶牛业的危害，提高奶牛养殖业经济效益，推动奶牛业健康发展。