基于DNA芯片技术鼠疫耶尔森氏菌在不同条件下的转录组学研究

摘要

背景：鼠疫是由鼠疫耶尔森氏菌(以下简称鼠疫菌)引起的一种烈性传染病，其流行给人类带来了巨大的灾难。链霉素、四环素与氯霉素为治疗鼠疫的首选药物。抗生素的使用，使这种致死性疾病得到了有效控制。自然疫源地的存在、动物间鼠疫的流行、不断爆发的人间鼠疫以及多重耐药株的出现，迫使不得不重新面对这种古老的疾病。 鼠疫菌在体内致病的关键环节是在巨噬细胞内的生存繁殖，该菌与巨噬细胞相互作用后的转录组研究是揭示其体内生存的机制和细胞反应机制的重要依据。本研究室已经开展了鼠疫菌对温度转换、低镁离子、低铁离子、低pH、高盐、高渗、冷热休克、H202、抗菌肽等环境条件下的比较转录组学研究。针对鼠疫菌侵入机体后，还会遇到营养缺乏的环境因素刺激，对鼠疫菌进行了体外模拟不同营养条件的转录谱研究；并对鼠疫菌与小鼠腹腔巨噬细胞在体内相互作用后各自的转录谱进行了研究。通过综合分析体外模拟巨噬细胞内各种胁迫条件的转录谱与体内转录谱，为揭示鼠疫菌在胞内生存的机制奠定了基础。 方法：本研究应用鼠疫菌全基因组DNA芯片转录谱技术，研究了鼠疫菌在10xMIC链霉素、氯霉素和四环素的药物浓度作用30min下的转录谱；高营养BHI培养基与低营养TMH培养基中对数生长期与稳定期的转录谱；对数生长期与稳定期不同营养培养基中鼠疫菌的转录谱；体内鼠疫菌与小鼠腹腔巨噬细胞相互作用30rain后鼠疫菌的转录谱以及小鼠腹腔巨噬细胞的转录谱。应用实时定量RT-PCR对链霉素作用转录谱的结果进行了验证，应用Cluster软件对不同条件下鼠疫菌的转录谱结果进行了聚类分析。 结果：RT-PCR验证了转录谱数据的可靠。链霉素、氯霉素以及四环素作用的差异基因345、712和177个，获得了三种抗生素作用于鼠疫菌的主要影响基因，通过聚类分析对三种不同抗生素的分子作用机理进行了认识。不同营养条件下对数生长期与稳定期的差异基因分别为246个和76个，对数生长期与稳定生长期在不同营养环境中差异基因分别为244个与251个，获得了鼠疫菌在不同生长时期与营养环境下的基因转录特点，并对产生不同转录特点的分子机理进行了分析，发现了鼠疫毒力相关基因在低营养环境中的转录特点。在体内鼠疫菌与巨噬细胞相互作用30分钟后鼠疫菌与小鼠腹腔巨噬细胞的差异基因为534个和59个。细菌体内转录谱的结果表明，在感染早期，鼠疫菌T3SS系统的转录水平显著上调，表明该系统在鼠疫菌致病过程中的重要作用。通过鼠疫菌体内转录谱与体外条件转录谱的聚类综合分析，初步获得一些与病原体在体内生长相关的基因及与致病性密切相关的毒力基因。 结论：通过研究共获得鼠疫菌在不同条件下的8个标识转录谱和一个小鼠巨噬细胞在体内与感染鼠疫菌相互作用的标识转录谱，从分子水平揭示了鼠疫菌在不同药物作用、不同生长阶段与不同营养条件以及在体内与巨噬细胞相互作用的不同转录特征。鼠疫菌与巨噬细胞相互作用体内转录谱的完成，为揭示鼠疫菌感染巨噬细胞机理提供了一种可能；为全面解析体内外转录谱架起了一座桥梁。通过体外转录谱与体内转录谱的综合分析可以深入的认识鼠疫菌与巨噬细胞相互作用的分子作用机理。初步了解鼠疫菌突破巨噬细胞防线并在其内生存的机制，并提供了一些可供进一步研究的靶标基因。本研究以及本研究室其他转录谱研究结果为鼠疫防控与药物治疗的基础研究构建了一个基本转录谱数据库。

目录

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摘要

本研究中的缩略语

引言

第一部分不同抗生素作用鼠疫菌转录谱研究

第二部分鼠疫菌不同生长阶段转录谱研究

第三部分不同营养条件鼠疫菌转录谱的研究

第四部分鼠疫菌与小鼠腹腔巨噬细胞体内相互作用转录谱的初步研究

综述细菌基因芯片转录组学的研究进展

附表

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