禽致病性大肠杆菌自诱导信号分子AI-2的摄取及其调控机制研究

The LuxS/AI-2 quorum sensing (QS) system in bacteria,which involves the production of Autoinducer-2 (AI-2). AI-2 has been reported to be a key player in regulation of virulence and drug resistance in bacteria. Extracelluar AI-2 binding to corresponding receptors was internalized by AI-2 uptake system, and involved in regulation of a variety of cellular processes. Our previous researches showed that APEC existed AI-2 uptake system and AI-2 play important roles in APEC pathogenicity.However, the mechanism of AI-2 uptake and regulation mechanism is still not clear in APEC. This study include: (1) Identification of the genes responsible for AI-2 uptake from APEC mutants.(2)Identification of AI-2 receptor. (3) Identification of AI-2 target genes responsible for APEC pathogenicity.(4) Analysis of the mechanism of AI-2 regulation of taget genes. This study will benefit for elucidation AI-2 uptake and regulation mechanism , and also benefit for the future prevention and control strategies against the APEC infection.

存在于细菌中的LuxS/AI-2型密度感应系统，可产生自诱导信号分子AI-2 (AI-2)，AI-2对细菌的毒力、耐药性等生物学特性具有重要的调控作用。胞外的AI-2与相应受体结合后，通过AI-2摄取系统转运至胞内，发挥其对细菌的调控作用。申请人前期的研究表明APEC存在AI-2摄取系统，AI-2对APEC的致病性具有重要的调控作用。但APEC对AI-2的摄取机制以及AI-2对APEC调控机制目前尚不清楚。因此，本研究拟开展如下研究内容：(1)通过转座子突变技术构建APEC突变文库，筛选APEC中与AI-2摄取相关的基因；(2)筛选、鉴定AI-2受体；(3)鉴定与APEC致病性相关的AI-2靶基因；(4)分析AI-2对靶基因的调控作用。本研究的开展将有助于阐明APEC中AI-2的摄取及调控机制，同时对通过调控AI-2来进行APEC的防控提供理论基础和新思路。

本项目通过开展APEC的LuxS/AI-2型密度感应系统的研究, 可为从群体角度为APEC 的防控提供新思路。本项目发表研究论文23篇（其中SCI论文9篇），毕业硕士研究生6名，申请专利1项，完成了项目申请书的研究内容和考核指标,相关研究成果如下:.1）建立了鉴定信号分子AI-2受体的检测方法.构建了工程菌BL21(DE3)的luxS缺失株BL21(DE3)-∆luxS，利用该菌成功表达鼠伤寒沙门氏菌的LsrB蛋白。通过LsrB对AI-2分子进行结合与释放实验，表明 LsrB对AI-2分子具有结合能力。本研究建立的筛选AI-2受体的检测方法，为后续APEC中AI-2受体的筛选奠定了基础。.2）ptsI基因对APEC的AI-2内化和致病性的影响.本研究结果表明，在APEC中，ptsI基因不是AI-2的受体基因，但参与AI-2的内化。缺失ptsI基因能够改变APEC的rdar和生物被膜的形态。.ptsI影响APEC的致病性，缺失该基因后，APEC致病性、感染雏鸭后脏器的载菌量显著降低。该研究为进一步研究ptsI对APEC的调控作用提供参考。.3）甲硫氨酸代谢通路对APEC生物学特性和致病性的影响. 细菌中存在pfs/luxS和sahH两种甲硫氨酸代谢通路代谢通路, AI-2的产生涉及pfs/luxS通路。APEC中不存在sahH甲基循环代谢通路，为了评价不同的AMC通路对APEC致病性的影响，构建了含不同AMC通路的菌株，结果表明，不同的AMC通路影响APEC的生长特性、AI-2活性和运动性、毒力和对宿主动物的感染特性，本研究结果表明，不同的AMC通路对APEC的生物学特性具有重要调控作用。.4）APEC的lsr操纵子调控作用研究. 本研究表明，APEC中存在Lsr样AI-2内化操纵子，且该操纵子分布与血清型相关；APEC的 LsrB具有AI-2结合活性； lsr操纵子对APEC具有重要的调控作用，缺失该操纵子的APEC，在AI-2转运、毒力、和对宿主细胞的粘附以及感染特性等方面与野生株相比均显著降低。本研究将为进一步研究AI-2对APEC的调控作用以及基于群体感应角度开展对APEC的防控提供新思路。.5）luxS缺失能进一步降低禽致病性大肠杆菌aroA缺失株的毒力. 本研究结果表明，luxS-aroA双基因缺失株毒力较aroA或luxS单基因缺失株毒力降低更