一种新型非编码小RNA SaaS抑制沙门氏菌粘附行为的分子机制

Bacterial biofilm formed on the food-contacted surfaces can resist disinfectants commonly used in the food industry, and directly lead to large-scale foodborne outbreaks and food recalls, causing serious harm to public health and food safety. Revealing the molecular mechanism of biofilm formation is a prerequisite for developing target prevention and control technologies. Non-coding small RNA (sRNA) is a novel post-transcriptional regulatory factor discovered in recent years. In our previous study of biofilm formed by Salmonella, a novel sRNA has been firstly discovered, which could greatly inhibit both biofilm formation and flagella production of Salmonella, and was named as SaaS (Salmonella adhesive-associated sRNA) according to its biological functions. However, the molecular mechanism of “dual inhibition” of SaaS is still unknow. The wild strain and the SaaS-deleted mutant of Salmonella Enteritidis will be tested in this study, based on investigating the effect of SaaS on attachment potential and extracellular polymeric substances using biological microscopes, spectroscopic techniques and chromatographic techniques, the proteomics and transcriptomics will be applied to identify the target gene and potential framework of regulatory pathway of SaaS; Combined by several mutants constructed in this study, the fine pathway of SaaS in regulatory of attachment behavior will be revealed. The finding would provide the theory basis for developing effective interventions of biofilm, and have great significance to ensure food safety.

粘附于食品接触面的细菌生物菌膜对加工清洁消毒具有极强的抵抗作用，会引发大规模食物中毒和食品召回，严重危害公众健康和食品安全，揭示生物菌膜形成的分子机制是研发靶向防控技术的前提。非编码小RNA是新发现的一类转录后调控因子，申请人在前期研究沙门氏菌生物菌膜时，首次发现一种既可抑制生物菌膜又可抑制鞭毛的新型非编码小RNA，并根据功能特性将其命名为SaaS，但SaaS发挥“双重抑制”效应的分子机制尚不清楚。针对这一科学问题，本项目以肠炎沙门氏菌野生株和SaaS缺失突变株为研究对象，在利用生物显微、光谱和色谱等技术解析出SaaS调控菌体粘附潜能和胞外多聚物等表观粘附行为的基础上，综合运用转录组和蛋白质组学技术确证出SaaS的核心靶标基因和潜在调控通路框架，并结合构建的突变菌株，揭示出SaaS调控沙门氏菌粘附行为的精细分子通路。成果可为研发生物菌膜控制技术提供理论基础，对保障食品安全具有重大意义。

沙门氏菌是全球范围内危害公众健康和食品安全的最主要因素之一，每年会造成上千万人食物中毒；食品加工中的沙门氏菌主要来源于交叉污染，存活于食品设备表面的黏附细菌是交叉污染的源头。本项目前期在研究沙门氏菌黏附特性时，首次挖掘出一种在转录后水平发挥黏附调控作用的非编码小RNA，将该小RNA命名为 SaaS（Salmonella adhesive-associated sRNA，SaaS）。本项目系统研究了sRNA SaaS调控沙门氏菌黏附行为的分子机制，研究成果可为研发生物菌膜新型控制技术提供新思路与理论依据。取得的主要结果如下：首先通过构建SaaS缺失突变株研究了SaaS 对沙门氏菌粘附潜能的影响，结果发现SaaS对沙门氏菌的黏附特性具有显著抑制作用，SaaS缺失会导致菌体的疏水性和运动能力增强、失电子能力下降、并提高了flhD、flhC、fliC、motA等鞭毛相关基因的表达量。SaaS缺失株在聚丙烯塑料表面的粘附能力显著强于野生株。随后解析了SaaS对沙门氏菌胞外多聚物特性的影响，发现与野生株相比，SaaS缺失株黏附体的微观结构更加紧密，野生株和缺失突变株的胞外分泌物组成无显著差异，但突变株菌膜基质中的蛋白质含量始终大于野生株；胞外分泌物的蛋白质组分析表明，SaaS缺失可促使细菌合成更多的丙酮、纤维素等多糖，并促进其向胞外分泌，进一步利于聚集体的形成。紧接着采用菌体转录组学和蛋白组学研究了调控菌膜形成的关键通路，结果显示鞭毛组装、细菌趋化性、双组分系统、细菌群体感应和分泌系统都与生物菌膜形成直接相关，运用联合分析确定出5个SaaS可能的靶标mRNA。进一步构建出5个预测靶标mRNA的lacZ基因融合体，研究发现SaaS在伴侣蛋白Hfq的辅助下通过与csgA、cheA和hilD三个靶标mRNA结合，抑制了卷曲菌毛、胞外纤维素等分泌物的合成与分泌，直接降低了生物膜厚度与空间结构。该研究揭示了SaaS在转录后层面通过对鞭毛和胞外分泌物的“双抑制”模式调控其黏附行为的内在机制，研究完善了沙门氏菌生物菌膜形成的基础理论。