炭疽杆菌S-层蛋白糖基化的鉴定与功能研究

Anthrax is an acute infectious disease caused by Bacillus anthracis, which could be used for biological warfare and biological terrorism, a serious threat to the national security. In recent years, many reports have demonstrated that protein glycosylation in pathogenic bacteria has played an important role in the process of bacterial pathogenesis. Our previous work found that there may be glycosylated protein in S-layer, the outer surface of B. anthracis. This research intends to further analyze the protein glycosylation of B. anthracis S-layer under different culture conditions using our glycosylation screening techniques; identify S-layer protein glycosylation sites and structure based on biological mass spectrometry technology strategy; explore the relationship between S-layer protein glycosylation and bacterial virulence; and predict potential glycosyltransferase genes for the preliminary analysis of protein glycosylation modification pathway of B. anthracis. The study is expected to clarify the S-layer protein glycosylation patterns and characteristics of B. anthracis, and provide new ideas for the prevention and treatment of anthrax.

炭疽是一种由炭疽芽孢杆菌引起的急性传染病，并可用于生物战和生物恐怖，严重威胁国家安全。近年来，国外很多报道已经证明，病原细菌中的蛋白质糖基化修饰，在细菌致病过程中发挥了重要作用。本课题组前期工作研究发现，炭疽杆菌外表面S-层蛋白可能存在蛋白质糖基化修饰。本研究拟进一步利用已有糖基化筛选技术，分析在不同培养条件下，炭疽杆菌S-层蛋白的糖基化情况；利用基于生物质谱技术的细菌蛋白质糖基化结构解析策略，确定S-层蛋白糖基化的修饰位点及糖基化结构；初步探讨S-层蛋白糖基化与细菌毒力之间的关系；同时，预测糖基转移酶基因，并初步解析炭疽杆菌蛋白质糖基化修饰通路。本研究将有望阐明炭疽杆菌S-层蛋白糖基化的规律和特点，为炭疽杆菌的防治提供新思路。

炭疽杆菌能够形成抗逆性很强的芽孢，能够引发致死率很高的急性传染病，是各国生物安全领域重点关注的菌毒株。前期工作研究发现，炭疽杆菌外表面S-层蛋白可能存在蛋白质糖基化修饰。本项目按照科研任务书内容基本完成，获得了一系列初步研究结果：利用糖蛋白染色及凝集素杂交技术，分析了在不同培养条件下（有/无CO2），炭疽杆菌S-层蛋白的糖基化情况，发现S层蛋白糖基化情况稳定存在；S层蛋白糖基化位点的鉴定存在一定的技术难点，课题组进行了大量尝试，最终通过Byonic专业糖肽分析软件获得了部分鉴定结果，目前尚需进一步验证和确认；不同品系小鼠的动物实验显示，两个S层主要蛋白（Sap和EA1蛋白）分别缺失后均不影响炭疽杆菌的毒力，可以推断S层蛋白的糖基化缺失对细菌的毒力也基本没有影响；文献调研及生物信息学分析显示，BA_1614蛋白具有糖基转移酶结构域，凝集素杂交实验证明此蛋白缺失会降低培养早期细菌S-层蛋白的糖基化水平，但对培养后期细菌无显著影响。