变异链球菌luxS代谢旁路的研究初探

LuxS系统是否作为细胞间的信号传递系统在微生物生物膜形成与致病方面发生作用，目前仍存有争议。本课题组在前期工作中发现变异链球菌luxS基因缺失所致生理表型改变并不能完全由密度感应缺陷机制所解释，通过对口腔微生物基因组文库的比对分析发现LuxS代谢存在着另一条旁路即SAH通道，由SahH基因编码。但对于该通道对密度感应的影响尚未见有报道，本研究计划在luxS基因缺失株内表达SahH，通过对代谢效率的分析，判断此代谢旁路是否足以弥合LuxS的甲基化代谢循环，进一步研究在此代谢改变下对于特定致病基因表达的改变，以及利用生物膜定量分析与结构观察的手段研究这一代谢旁路对于生物膜形成的影响。本项目首次探讨了luxS的代谢旁路对于微生物致病能力的影响，探索luxS对生物膜的影响途径，对阐明种属间密度感应系统在微生物致病方面的作用机制有重要作用，为将来通过干扰微生物信息传递防龋途径的研究奠立基础。

AI-2信号分子所介导的密度感应机制被认为参与了许多菌种间的信息交换。有研究通过构建luxS基因缺陷株证实了微生物的许多生物学行为受这一信息交换机制的调节，其中也包括生物膜的形成这一微生物致病的主要因素。但是，AI-2的产生过程使这种调节作用受到质疑，有学者认为这种调节现象仅仅是由于luxS缺陷引起细菌甲基代谢障碍而致。本课题旨在探讨此种争论，提出并验证假设：密度感应系统调节了微生物的生物学行为，而并非是由代谢障碍所致。通过在大肠杆菌与口腔主要致病菌变异链球菌密度感应缺陷株中分别转入可表达luxS 和sahH的质粒并诱导其表达，以此使密度感应系统与代谢系统相互独立。经western blot检测两种蛋白在大肠杆菌中均得到正确表达，验证了克隆载体的正常表达能力；反转录PCR也证明了变异链球菌LuxS缺陷株中luxS及sahH mRNA的存在；发光实验则确认了LuxS阳性表达对照株AI-2分泌能力恢复。对大肠杆菌模式株的Real-time PCR研究发现，生物膜形成的相关基因在修复密度感应系统的菌株中的表达得到恢复，而在恢复甲基循环的菌株中却并没有检测到此种功能。实验结果基本证实本课题的假设，即在基因水平上AI-2介导的密度感应系统调节了微生物的生物学行为，而这种调节机制并非是由于代谢障碍所致。但在变异链球菌的研究中却有着不同的发现，部分生理功能表现出受到代谢障碍的显著影响，表现在LuxS缺陷导致浮游状态的变异链球菌耐酸相关基因smu.44、smu.46及生物膜相关基因gbpA、gtfC上调，代谢恢复后，上调基因得到不同程度恢复。