銅綠假單胞菌噬菌體PaP1與宿主相互作用的研究：噬菌體感染和噬菌體耐受的機制.pdf

1、噬菌體是自然界中最廣泛存在的生物,其數(shù)量約為細菌的10倍。因此,細菌和噬菌體在自然界中一直存在著斗爭和共存。一方面,細菌有一系列的免疫機制來抵抗噬菌體感染,如抑制噬菌體吸附、阻止噬菌體DNA進入、剪切噬菌體DNA、流產(chǎn)感染等機制。而另一方面,噬菌體也可以進化出相應的機制來對抗細菌的免疫。噬菌體感染的第一步就是吸附到宿主表面,多種噬菌體受體已經(jīng)被鑒定出來,如脂多糖(LPS),加膜多糖(CPS),鞭毛和膜蛋白等等。作為細菌的防守手段,細菌可

2、以通過改變這些受體的結(jié)構(gòu)來阻止噬菌體的吸附,如細菌可以修飾這些受體的結(jié)構(gòu)、分泌胞外基質(zhì)來覆蓋這些受體,或者分泌抑制性分子抑制噬菌體的結(jié)合。而同時,噬菌體又可通過改變其受體結(jié)合蛋白,如尾絲蛋白的結(jié)構(gòu),來感染原來耐受的細菌,從而最終殺死細菌。例如,熒光假單胞菌SBW25及其裂解性噬菌體phi2可以共存300多代,并不斷的發(fā)生共同進化,這主要就是通過改變受體結(jié)構(gòu)和噬菌體尾絲蛋白的結(jié)構(gòu)導致的。
　　銅綠假單胞菌是臨床上常見的革蘭陰性條件致

3、病菌,是醫(yī)院內(nèi)感染的主要病原菌之一,常見于燒傷、重癥監(jiān)護病房、免疫力低下的病人,以及囊性纖維化的病人。而且,由于銅綠假單胞菌能耐受多種抗生素,因此經(jīng)常導致治療失敗和病人死亡的。噬菌體作為一種可以殺死細菌的病毒,在發(fā)現(xiàn)初期就被應用于臨床感染的治療,但隨著抗生素的發(fā)現(xiàn)和普及,噬菌體治療被逐漸忽視。但是隨著細菌耐藥性問題的日益嚴重,人們已經(jīng)面臨無藥可用的危險處境了。因此,噬菌體治療的臨床應用前景在近年來又受到了重視。越來越多的研究已經(jīng)開始探索

4、噬菌體治療的效果。但是,要將噬菌體治療最終用于臨床,噬菌體-宿主的相互作用機制必須先期的深入研究,才能為今后的臨床研究打下堅實的基礎(chǔ),并為設(shè)計出更好的噬菌體治療策略提供理論指導。
　　我們實驗室最近分離鑒定了四株銅綠假單胞菌噬菌體。本課題以其中一個裂解性噬菌體PaP1及其宿主銅綠假單胞菌PA1為模型,分別研究了噬菌體PaP1感染細菌的機制,以及細菌PA1耐受噬菌體的分子機制:
　　1.鑒定了噬菌體PaP1的受體結(jié)合蛋白是尾絲

5、蛋白(tail fiber)。噬菌體感染的第一步就是通過受體結(jié)合蛋白(RBP)吸附在宿主表面。但是銅綠假單胞菌噬菌體的尾絲蛋白介導的宿主特異性研究還不清楚。本研究的目的就是鑒定銅綠假單胞菌噬菌體的受體結(jié)合蛋白,并對其進行遺傳改造。我們發(fā)現(xiàn)銅綠假單胞菌噬菌體PaP1和JG004的基因組序列非常相似,但是兩個噬菌體的宿主卻完全不一樣。我們通過遺傳學手段,發(fā)現(xiàn)噬菌體JG004的尾絲蛋白的一個點突變使得其可以同時感染PA1和PAO1。而將PaP

6、1的尾絲蛋白替換為JG004的尾絲蛋白后,重組的PaP1噬菌體則完全改變了其宿主特異性。因此,此研究鑒定了銅綠假單胞菌噬菌體的尾絲蛋白是吸附宿主的RBP,而且我們可以對其進行遺傳改造,這為噬菌體治療的研究打下了一定的基礎(chǔ)。
　　2.發(fā)現(xiàn)了一種新的噬菌體耐受機制:―斷臂求生‖。自然環(huán)境中細菌時時刻刻都面臨著噬菌體的感染,因此細菌有多種耐受噬菌體的機制,如抵抗噬菌體吸附、抑制噬菌體 DNA進入、限制-修飾系統(tǒng)、CRISPR-Cas系統(tǒng)

7、、流產(chǎn)感染等等。本研究以銅綠假單胞菌及其裂解性噬菌體PaP為模型,分離鑒定了耐受噬菌體的突變菌株P(guān)A1r,意外的是耐受噬菌體的銅綠假單胞菌 PA1r可以分泌紅色色素。于是我們對敏感株 PA1和PA1r進行了全基因組測序,并進行了比較基因組學分析。發(fā)現(xiàn)PA1r基因組中丟失了一段219.6KB的片段。其中hmgA基因的丟失,導致了一種紅色底物尿黑酸的積累,而galU基因的丟失則導致PA1r失去了脂多糖(LPS)。而LPS是噬菌體PaP1的受