全基因组表达谱芯片分析猪链球菌噬菌体SMP增强宿主菌毒力的机制

Streptococcus suis (S.suis) is an important zoonosis, as well as an important pathogen that can carry prophages. According to our previous research, S. suis serotype 2 isolate SS2-4 became more virulent after be integrated with the phage SMP. However, the mechanism of the virulence increasing is unknown yet. Thus, this study attempt to find out the key genes of the phage SMP, which express at different levels between the lytic and lysogenic life circles. The key genes will be cloned, expressed, and purified, and the virulence of the purified protein will be studied. The SS2-4(SMP) mutants will be constructed by deleting the genes mentioned above. Zebrafish and HEp-2 cell lines will be used to evaluate the virulence of the mutant; gene expression microarray of infected zebrafish will be used to evaluate the role of the deleted genes playing in the virulence of host strain , by the variance analysis of host genes expression, GO enrichment , KEGG pathway enrichment , and protein network build; transcriptome sequencing of the wild SS2-4(SMP) and the SS2-4(SMP) mutant will be studied to evaluate the effect of deleted genes on the host genes expression. This research will illuminate the mechanism of phage increasing the virulence of the host strain and contribute to the research on the role of S.suis phage playing in its host virulence.

猪链球菌（S. suis）是一种重要的人畜共患病病原,同时也是一种携带有前噬菌体的重要病原菌。申请者前期研究发现猪链球菌2型菌株SS2-4整合噬菌体SMP基因组后毒力增强，但其机制尚不清楚。本项目拟通过对噬菌体SMP裂解性状态和溶原性状态基因表达差异的分析，对差异表达基因进行蛋白表达、纯化及毒力分析；利用溶原菌株SS2-4（SMP）为载体对噬菌体的差异表达基因进行缺失，用斑马鱼模型及HEp-2细胞评价缺失株的毒力；通过斑马鱼全基因组表达谱芯片测序，进行宿主差异表达基因分析、GO富集显著性分析、KEGG pathway富集显著性分析及蛋白网络构建分析，阐明噬菌体的差异表达基因对宿主基因表达的影响；通过溶原株SS2-4（SMP）和缺失株的转录组，分析噬菌体的差异表达基因对宿主菌SS2-4基因表达的影响。本研究旨在阐明噬菌体增强宿主菌毒力的机制，为猪链球菌噬菌体与宿主菌毒力关系的研究提供参考。

猪链球菌（S. suis）是一种重要的人畜共患病病原,同时也是一种携带有前噬菌体的重要病原菌。噬菌体是感染细菌、支原体、螺旋体、放线菌（蓝藻）的一类病毒。噬菌体根据其生活周期的不同可分为2种：烈性噬菌体和溶原性噬菌体（或前噬菌体）。烈性噬菌体可用于细菌病原的防控，而前噬菌体往往与细菌的毒力相关。申请者前期研究发现猪链球菌2型菌株SS2-4整合噬菌体SMP基因组后毒力增强，但其机制尚不清楚。本项目拟通过对猪链球菌野生株和溶原株生物学特性的分析及斑马鱼模型研究导致猪链球菌毒力增强的关键噬菌体基因。并进一步通过比较基因组学研究猪链球菌前噬菌体的基因组特征。.本项目研究结果显示整合有前噬菌体SMP的猪链球菌对斑马鱼的毒力较野生型菌株明显增强，并通过研究发现噬菌体SMP的基因gp28，gp31，gp36，gp37，gp42普遍存在于猪链球菌的强毒株中，而在弱毒株中几乎不存在，提示这5个噬菌体基因可能与细菌的毒力相关。通过比较基因组学分析发现，所有的猪链球菌前噬菌体的基因组都含有5个功能模块：溶原模块，复制模块，包装模块，形态结构模块和裂解模块。这些基因组中，含有大量的未知功能基因。另外，对猪链球菌噬菌体phi30c的裂解酶ply30进行了克隆、表达和纯化，并对其裂解活性进行了研究，发现该裂解酶在体外对猪链球菌和马链球菌兽疫亚种均具有较好的裂解活性。此外，裂解酶ply30对感染猪链球菌和马链球菌的小鼠的保护率分别达到80%和90%，提示该裂解酶对链球菌具有一定的防控前景。