铜绿假单胞菌dsbM基因对氨基糖苷类抗生素耐药性的调控机制研究

摘要

铜绿假单胞菌在临床上常常会引起长时间无法医治和好转的感染。它是一种很重要的致病菌，铜绿假单胞菌的众多毒力因子产生和存在是其具有感染性和致病性的重要因素。随着生命医学的快速发展，抗生素药物在临床中的应用变得越来越多，细菌多重耐药性的出现给医院治疗疾病带来了非常大的困难，其中铜绿假单胞菌是临床疾病感染细菌重要种类之一。因此，对其耐药性机理的研究就显得尤为重要。
　　本文以一株临床分离出来的卡那霉素敏感株P.aeruginosa PA68为研究对象，对dsbM、PA0056、PA0057、oxyR等抗性相关基因进行探索，其中前期实验已经证实dsbM基因编码的蛋白是一种新型的二硫键氧化还原酶；PA0056为一个功能未知的新基因，属于LysR家族调控因子；通过Blast比对，PA0057所编码的蛋白为一种金属β-内酰胺酶，能够水解β-内酰胺类抗生素；oxyR基因目前研究较为广泛，它与PA0056基因同属于LysR家族，oxyR调节子的下游是参与过氧化代谢和保护的基因（katG、ahpC、ahpF、dps等）、氧化还原平衡基因（gor、grxA、trxC等）、重要的调控因子和小分子RNA oxyS等。
　　对PA68-Δ0056突变株的表型进行检测，发现其对多种氨基糖苷类抗生素的耐药性都得到增强。通过同源重组实验，在模式菌株P.aeruginosa PAK中敲除dsbM基因，得到的基因敲除株与PA68-Δ0056的抗生素表型趋势一致，证实了PA0056基因在模式菌株中同样能够影响氨基糖苷类抗生素的耐药性。通过遗传互补实验导入携带完整PA0056基因的表达载体，可以使突变株PA68-Δ0056和PAK-Δ0056对氨基糖苷类抗生素耐药性降低，表型向野生型恢复。
　　铜绿假单胞菌PA0057基因为Ⅳ类未知基因，通过比对，发现PA0057基因编码的蛋白与金属β-内酰胺酶同源性为96％，因此推测PA0057蛋白可能具有金属β-内酰胺酶活性。提取铜绿假单胞菌PAO1基因组DNA，利用设计的引物通过PCR方法扩增得到PA0057基因，将其克隆至克隆载体pGEM-T，并转化入大肠杆菌DH5α；而后将其克隆至表达载体pET28a中，转化入大肠杆菌BL21（DE3）中，IPTG诱导表达，并通过Ni-NTA亲和柱进行纯化，纯化后蛋白超滤浓缩得高浓度蛋白；通过药敏纸片检测PA0057蛋白金属β-内酰胺酶活性。本文对PA0056、oxyR基因进行了诱导表达，并利用其表达产物与DsbM蛋白进行相关酶学实验，发现DsbM蛋白能够催化PA0056和OxyR蛋白的二硫键氧化还原，从而改变其氧化还原型状态而影响下游抗氧化基因。此外，PA0056半胱氨酸的突变使得DsbM与PA0056蛋白之间的相互作用消失，体外氧化还原实验中DsbM的催化作用也消失了，这就说明DsbM与OxyR、PA0056蛋白之间的作用是依赖于二硫键的形成。
　　通过对PA0056启动子的分析，我们发现其能和PA0056蛋白结合，将启动子P0056连报告基因后，转化入PA68-Δ0056和M122后的β-半乳糖苷酶活性比转入PA68后分别变化了8.4倍和9.4倍，说明PA0056和dsbM基因对P0056启动子活性有影响。
　　本文通过对铜绿假单胞菌氨基糖苷类抗生素耐药性相关基因的深入研究，揭示铜绿假单胞菌产生耐药性的机理和代谢途径，为针对耐药性细菌进行新药研发提供理论依据。

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符号说明

第一章 引言

第一节 铜绿假单胞菌的生物学性状

第二节 抗生素的抗菌机理

第三节 Dsb蛋白家族简介

第四节 二硫键氧化还原酶和异构酶性质

第五节 培养条件对大肠杆菌蛋白表达系统的影响

第六节 凝胶阻滞迁移实验

第七节 酵母双杂交技术

第八节 LysR家族转录因子介绍

第九节 本文的研究意义、目的及实验路线

第二章 PA0056基因敲除对铜绿假单胞菌抗性的影响

第一节 材料与方法

第二节 结果

第三节 讨论

第三章 PA0057基因的表达、纯化与性质分析

第一节 材料与方法

第二节 结果

第三节 讨论

第四章 DsbM通过PA0056、OxyR调节系统影响氨基糖苷类抗生素耐药性的研究

第一节 材料与方法

第二节 结果

第三节 讨论

第五章 结论

参考文献

致谢

附录

个人简历 在学期间发表的学术论文与研究成果