嗜水气单胞菌CodRS双组份系统致病机制研究

Aeromonas hydrophila is one of the major bacterial pathogens affecting freshwater aquaculture in China. Septicemia, as the typical symptom of fish infected with A. hydrophila, is closely correlated to the successful dissemination of A. hydrophila in vivo. However, the disseminative mechanism of A. hydrophila in vivo is still unclear. In our previous study, the virulence of ΔcodRS mutant was significantly impaired, indicating that two component system CodRS contribute to the dissemination in vivo. In this project, the role of CodRS in pathogenesis of A. hydrophila will be revealed as follows: (1) Discovering the upstream signals which CodS senses and analyzing interactions between CodS (sensor) and CodR (regulator), capturing target genes and operons regulated by CodR to reveal the regulatory mechanism and network of CodRS. (2) Revealing the disseminative factors regulated by CodRS through screening of the candidates identified by bioinformatic analysis, and illustrating their biological functions. This study lays the foundation for the reveal of pathogenic mechanism of A. hydrophila which provides an important scientific basis for the preventing and treatment of A. hydrophila infection. The study may also provide a promising target for anti-virulence drugs for the control of A. hydrophila.

嗜水气单胞菌(Aeromonas hydrophila, AH)是我国淡水养殖鱼类的主要病原菌之一，该菌感染鱼类以败血症为典型特征，这与其在宿主体内成功扩散密不可分。然而，AH在体内扩散的分子机制并不十分清楚。我们前期发现AH的ΔcodRS基因缺失株与AH致病性相关，提示CodRS双组份系统参与调控AH的体内扩散。本项目拟从以下方面揭示CodRS介导的致病机制：(1)解析CodS上游感应信号、分析CodS和CodR之间互作关系、筛选受CodR调控的操纵子和下游基因来解析CodRS的调控机制和调控网络。(2)结合生物信息学的分析结果，筛选受CodRS调控并参与嗜水气单胞菌体内扩散的毒力因子，探索其生物学功能。通过以上研究为解析AH的致病机制奠定基础，为该菌的防治提供重要科学依据，有望为抗毒力因子药物开发提供新靶点。

嗜水气单胞菌是我国淡水养殖主要细菌性病原之一，几乎可以感染所有大宗淡水鱼类，给我国淡水鱼类养殖业造成巨大经济损失。双组分系统是广泛存在于细菌中的一种信号转导机制，细菌利用该系统识别/感应外界环境变化，并对下游基因进行调控，使得细菌能够快速准确做出相应的反应。本研究聚焦嗜水气单胞菌双组分系统，完成了30对双组分系统缺失株的构建，系统筛选与生物被膜形成、细胞毒性、抗血清杀伤、杀菌活性相关的双组分系统。重点解析了CodRS双组分系统所在FlrABC操纵子的调控机制，证明FlrA和双组分系统FlrBC作为极生鞭毛调控系统的一级、二级基因，调控嗜水气单胞菌极生鞭毛合成、细菌泳动、生物被膜形成，以及在嗜水气单胞菌定植感染过程发挥关键作用；同时解析了FlrA正调控二鸟苷酸环化酶从而调节第二信使环二鸟苷单磷酸c-di-GMP浓度，而高c-di-GMP水平在嗜水气单胞菌中负调控细菌极生鞭毛合成和细菌泳动，正调控胞外多糖分泌，且该过程又是依赖于关键调节子FlrA。本研究还初步探究了双组分系统EnvZ/OmpR的功能，发现其参与响应渗透胁迫，参与调控生物被膜形成，且在致病过程尤其是在宿主体内系统扩散过程中发挥重要作用。上述研究首先为嗜水气单胞菌全局性转录调控网络的解析提供了大量候选材料；其次FlrABC与第二信使c-di-GMP之间的交叉调控和反馈调节帮助我们理解嗜水气单胞菌如何切换运动状态和形成生物被膜，以获得更好的适应性；最后，上述研究丰富了我们对于该菌致病过程的认识，为该菌的防治提供重要科学依据。