霍乱弧菌锌吸收系统的调控及其对生理功能的影响

摘要

锌离子作为细胞活动必须的微量元素，几乎存在于所有生命体中。细胞内锌元素的浓度需要被严格调控，因为锌元素含量如果太少则不足以支持生长，太多则有毒性。而为了维持胞内锌离子稳态，细菌进化出了几套功能不尽相同的转运系统来调节相应离子的吸收。霍乱弧菌是一种会引起霍乱疾病的革兰氏阴性菌。这种疾病至今仍然是许多发展中国家主要的公共卫生问题，其发病特征包括剧烈的水样性腹泻、脱水甚至死亡。霍乱孤菌在自然界中存在于水生环境中，而一旦被人体（宿主）摄入，就开始进入一轮生命周期循环。宿主体内的共生细菌也会限制可供入侵的细菌利用的锌元素含量。因此，许多致病细菌必须有获取锌离子的能力才能进一步进行传播并且致病。有很多致病菌都有一套高亲合力锌离子吸收系统——ZnuABC转运蛋白系统—去进行宿主体内的定殖。但是，对于其中一种重要的致病菌——霍乱弧菌，如何在不同生态环境中调节胞内锌稳态以及锌离子摄入是否与其致病机制相关暂时还没有系统的研究。
　　本研究主要关注在霍乱疾病的病原体—霍乱弧菌中的锌离子转运系统。生物信息学的分析预测了霍乱弧菌有两个基因簇，分别是VC2081到VC2083（被注释为锌离子利用基因znuABC）以及VC2551到VC2555(被注释为锌离子调控的基因zrgA BCDE)。这两个基因簇在霍乱弧菌中都是由锌离子吸收调控蛋白Zur调控表达的。我们利用启动子报告基因以及生物化学方法检测，确认了转录调节蛋白Zur会抑制基因znuABC以及zrgABCDE的表达，在二价锌离子的作用下阻止其转录。在锌离子较为稀缺的环境条件下，缺少了基因znuABC或者zrgABCDE会导致细菌的生长受到抑制。相比较而言，znuABC缺失株比zrgABCDE缺失株受到的生长抑制更为严重，这些实验现象表明了ZnuABC以及ZrgABCDE都与霍乱弧茵的锌离子吸收这一功能相关，但ZnuABC在其中发挥的作用更大一些。
　　除了对细菌生长方面有影响外，我们还发现ZnuABC以及ZrgABCDE对于霍乱弧菌在成年鼠以及乳鼠肠道模型里的定殖有重要作用，尤其当有其他微生物菌群存在于肠道环境中时。许多细菌都需要锌离子吸收系统来进行生长繁殖以及毒力基因的表达。本文研究结果表明肠道微生物菌群的存在会降低肠道环境中的游离锌离子含量。对于霍乱弧菌这种肠道致病菌而言，没有了高亲合力锌离子吸收系统对于其在宿主体内定殖也有一定影响。本文首次描述了霍乱弧菌在宿主肠道内与微生物菌群对锌元素的竞争性摄取。这些实验结果对于我们研究病原微生物以及肠道菌群与宿主新陈代谢的互作关系方面有一定的意义。
　　总体而言，我们的研究结果表明这两个锌离子转运系统在霍乱弧菌生长以及定殖过程中对于维持锌稳态有重要作用。

目录

声明

摘要

附录 符号与缩略语说明

文献综述

1．细菌中锌离子的转运系统

2．霍乱弧菌

3．锌离子在腹泻和霍乱中的作用

第一章 锌吸收调控蛋白Zur在霍乱弧菌中的调控

1．材料与方法

2．结果与分析

3．小节与讨论

第二章 锌吸收系统对霍乱弧菌生理功能的影响

第一节 霍乱弧菌高锌离子转运蛋白对菌株生长功能的研究

1．材料与方法

2．结果与分析

3．小节与讨论

1．材料与方法

2．结果与分析

3．小节与讨论

全文总结

参考文献

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