变异链球菌srtA基因在生物膜形成中的作用及调控机制研究

Although srtA gene of s.mutans was thought to be associated with adhesion, a most recent publication and our previous studies proved that srtA gene may also regulate biofilm formation by influencing eDNA and EPS formation. Additionally,its molecular mechanisms are still unclear. This project aims to invetigate the role of srtA in biofim formation on different levels, including gene, protein, transcription and metabonomics.Firstly,the srtA gene expression during the biofilm formation of s.mutans will be evaluated by qRT-PCR and Western blot.Then the srtA gene expression will be altered by construction srtA deficient strain and overexpression strain, and the difference between the biofilm of these strains will be detected. In order to analyse the possible mechanism of srtA gene in biofilm formation,we will combine the results of gene expression microarray technology, proteomics, transcriptomics and metabonomics and the regulation network of srtA will be depicted.The results of this project will help us explain the role of srtA in biofilm formation systematically and its regulation mechanism. The findings will provide a potential target to biofilm prevention and show great scientific value and clinical application prospects.

变异链球菌srtA基因一直被认为是黏附相关基因，国外最新报道与本课题前期研究均发现该基因还具有调控生物膜产糖、胞外DNA形成等功能，但其分子机制尚不清楚。本项目拟采用qRT-PCR、Western blot等方法研究srtA基因在变异链球菌生物膜形成各阶段中的作用，并通过构建变异链球菌srtA基因缺陷株、高表达株研究srtA表达变化对生物膜形成的影响；进一步结合基因表达谱芯片、宏转录组学、蛋白组学、代谢组学结果分析srtA基因作用靶标，描绘其调控网络并探讨其对生物膜影响的分子生物学机制。本项目的研究结果将有助于系统、全面地阐释srtA在生物膜形成过程中的作用及其调控机制，为以srtA为潜在作用靶点的防治方法提供新的实验依据，具有重要的科学理论价值和临床应用前景。

变异链球菌的毒力因子包括黏附、产酸耐酸、产糖、形成生物膜提高其环境应激的能力。srtA基因一直被认为是黏附相关基因，最新报道及课题前期研究发现其影响生物膜产糖、胞外DNA形成等其分子机制尚不清楚。本项目成功构建变异链球菌UA159 srtA基因缺失株、回复株、过表达株及相应对照菌株，研究发现:1.在变异链球菌生物膜形成中srtA基因在4h时表达最明显，随时间推移呈降低趋势；srtA基因缺失后细菌初始粘附率降低，4h生物膜形成量减少；但其生物膜EPS、EPS/Bacteria与UA159无统计学差异，提示srtA基因通过调控黏附而非胞外多糖的方式影响早期生物膜形成。2. srtA缺失增强了变异链球菌固有耐酸能力并降低其氧化耐受能力。3.代谢组学结果揭示srtA基因缺失后，影响了亮氨酸和缬氨酸等支链氨基酸、乳酸、酮戊二酸等能量代谢相关产物。4. srtA缺失对变异链球菌转录组有多方面影响，这种影响与细菌所处生长阶段相关。srtA缺失可改变变异链球菌摄入糖源的种类和所用方式，对数中期，srtA缺失主要导致多种糖摄入PTS相关基因表达下调；稳定期，srtA缺失导致变异链球菌部分偏好糖源特异性PTS表达下调，非偏好及替代性糖源摄取代谢基因表达上调，这种变化模式可能与srtA缺失后CCR去阻遏有关。稳定期，srtA缺失不仅使多种耐酸相关基因（agu、trk、atp操纵子等）表达上调，使多个产细胞外多糖及调控相关基因（gtfBC、dexA、irvA等）及嘌呤/组氨酸合成代谢相关基因（his和pur操纵子）表达下调；还使氧化耐受相关的双组份信号转导系统编码基因lrgA、lrgB、lytT表达显著下调，comC表达显著上调。srtA缺失还在稳定期使多个转录调控因子发生差异表达。变异链球菌糖酵解、产酸及能量代谢相关基因未受srtA缺失影响发生差异表达。本项目的研究结果将有助于系统、全面地阐释srtA在生物膜形成过程中的作用及其调控机制，为以srtA为潜在作用靶点的防治方法提供新的实验依据，具有重要的科学理论价值和临床应用前景。项目发表期刊文章7篇，其中SCI3篇；会议论文摘要7篇；培养硕士研究生4人，2人毕业、2人在读。