信号分子AI-2调控c-di-GMP代谢基因影响禽致病性大肠杆菌生物被膜形成的分子机制

Autoinducer-2 (AI-2 ) and cyclic diguanylic acid (c-di-GMP) play important roles in regulation of biofilm formation in bacteria. Our previous researches showed that AI-2 affected biofilm formation of Avian pathogenic Escherichia coli (APEC) by regulation of specific genes, which are responsible for synthesizing and degrading c-di-GMP (named metabolic genes of c-di-GMP ). However, the mechanism is still not clear in APEC. For elucidation the regulatory mechanism of AI-2 in biofilm formation, this study include: 1) Identification of metabolic genes of c-di-GMP and evaluation of affecting the formation of APEC biofilm by AI-2. 2) Study the molecular mechanism of metabolic genes of c-di-GMP in regulating biofilm formation. 3) Regulatory effects of AI-2 and c-di-GMP on metabolic genes of c-di-GMP in biofilm formation. 4) The relationship between metabolic genes of c-di-GMP and STING signaling pathway on hosts in the process of APEC infection. This study will promote future prevention and control strategies against APEC infection.

LuxS/AI-2型群体感应系统的自诱导信号分子AI-2(Autoinducer-2)和细菌第二信使环二鸟苷酸（c-di-GMP)对细菌生物被膜形成具有重要调控作用。对禽致病性大肠杆菌（APEC）的前期研究结果表明，AI-2通过调控c-di-GMP代谢基因（包括合成和降解）影响其生物被膜形成，但机制不明，目前未见相关报道。为了解析相关作用机制，本项目拟开展：1）鉴定受AI-2调控，影响APEC生物被膜形成的c-di-GMP代谢基因；2）解析c-di-GMP代谢基因在调控生物被膜形成过程中的分子机制；3）阐明在APEC中，AI-2和c-di-GMP对c-di-GMP代谢基因的调控作用；4）探讨c-di-GMP代谢基因在APEC感染宿主过程中与宿主STING信号通路间的交互关系。通过本研究的开展，将从调控群体感应和c-di-GMP角度为APEC有效防控提供新思路。

LuxS/AI-2型群体感应系统的信号分子AI-2和细菌第二信使环二鸟苷酸（c-di-GMP)对细菌生物被膜形成具有重要调控作用。.本项目通过开展LuxS/AI-2型密度感应系统和c-di-GMP调控APEC生物被膜形成的分子机制的研究, 可从生物被膜的角度为APEC 的防控提供新思路。本项目发表论文13篇（SCI论文7篇），毕业研究生8名（博士名），参加国际会议1次，完成申请书研究内容和考核指标，研究成果如下:.1）对APEC菌株DE17进行全基因组测序，筛选DE17中参与c-di-GMP代谢的基因29个，通过双荧光报告系统鉴定12个c-di-GMP合成酶基因；.2）建立了基于高效液相色谱法（HPLC），定量检测大肠杆菌胞内c-di-GMP浓度的方法；.3) 成功构建含有6318株突变株的APEC突变文库, 鉴定30个显著影响APEC生物被膜形成的基因；.4）筛选、鉴定可与luxS共同参与调控生物被膜形成的c-di-GMP 代谢基因dgcP，其具有c-di-GMP合成酶合成酶功能，且与LuxS/AI-2型群体感应系统共同调控大肠杆菌运动性和毒力等生物学特性；.5) 解析了dgcP调控APEC生物被膜形成的分子机制，结果表明，DgcP和RcsB互作，并且RcsB能够结合dgcP和趋化基因tar的启动子区域，阐明dgcP通过RcsB依赖性的方式激活大肠杆菌趋化性进而影响生物被膜的形成分子机制；.6) 证明了DgcI能够显著降低生物被膜的形成，鉴定了DgcI的互作蛋白GlpD和NarX，为进一步探究dgcI调控生物被膜形成的分子机制提供了思路；.7) 探究了c-di-GMP代谢基因ydiV和yeaJ在大肠杆菌与宿主互作中的作用，结果表明yeaJ能够协助大肠杆菌逃避宿主 STING 炎症反应，ydiV的缺失有助于大肠杆菌逃避免疫识别，表明 c-di-GMP代谢基因在大肠杆菌与宿主互作过程中发挥重要作用；.8) 利用平衡透析法证明TruA是c-di-GMP受体蛋白，并通过点突变实验证明第78位点为TruA的活性位点。缺失truA能够显著降低APEC的运动性、生物被膜形成及对DF-1细胞、Hela细胞和HD-11细胞的粘附、入侵能力。. 本研究结果将为从调控群体感应和c-di-GMP角度为APEC有效防控提供新思路。