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耻垢分枝杆菌新型毒素-抗毒素系统MSMEG_3435-3436基因功能的初步研究

中国防痨杂志 2020年第2期42卷 133-142页

作者：张蓝月耿艺漫贾红彦肖婧李自慧潘丽萍孙义成张宗德首都医科大学附属北京胸科医院北京市结核病胸部肿瘤研究所耐药结核病研究北京市重点实验室 101149 中国医学科学院北京协和医学院病原生物学研究所卫生部病原微生物系统生物学重点实验室首都医科大学附属北京儿童医院北京市儿科研究所教育部儿科重大疾病研究重点实验室

目的初步探讨耻垢分枝杆菌(Mycobacterium smegmatis)毒素-抗毒素(toxin-antitoxin,TA)系统基因的功能及其在细菌药物耐受中的作用。方法利用无水四环素(ATc)诱导穿梭质粒构建毒素基因(MSMEG_3436和MSMEG_6760)表达系统,检测毒素基因表... 详细信息

目的初步探讨耻垢分枝杆菌(Mycobacterium smegmatis)毒素-抗毒素(toxin-antitoxin,TA)系统基因的功能及其在细菌药物耐受中的作用。方法利用无水四环素(ATc)诱导穿梭质粒构建毒素基因(MSMEG_3436和MSMEG_6760)表达系统,检测毒素基因表达的抑菌作用。应用CRISPR-Cas12a基因编辑技术构建ΔMSMEG_3435-3436和ΔMSMEG_6762-6760敲除菌株,探究毒素-抗毒素系统对菌株生长的影响。通过计算菌株存活率检测MSMEG_3435-3436基因对异烟肼(96μg/ml)和利福平(40μg/ml)的耐受相关性。在耻垢分枝杆菌中用LacZ报告基因分别替换毒素-抗毒素基因(MSMEG_1277-1278、MSMEG_1283-1284、MSMEG_3435-3436、MSMEG_4447-4448和MSMEG_5635-5634),构建5个启动子活性检测突变菌株(SY3328、SY3309、SY6407、SY3310和SY3311),并将pMV261空载体和pMV261-抗毒素系列质粒分别电转至5个突变菌株中,通过测定吸光度值(A600、A550和A420)计算β-半乳糖苷酶活性[酶活性单位为“Miller单位(MU)”],以检测毒素抗毒素系统的启动子活性。结果在耻垢分枝杆菌中,ATc诱导表达毒素基因MSMEG_3436可抑制细菌生长,而同时表达对应的抗毒素基因MSMEG_3435可消除抑制作用;ATc诱导表达毒素基因MSMEG_6760未发现明显的抑菌作用。与野生株相比,ΔMSMEG_3435-3436和ΔMSMEG_6762-6760敲除菌株在7H9液体培养基中生长表型无明显差异。野生株和ΔMSMEG_3435-3436敲除菌株经异烟肼和利福平处理后的存活率[分别为(4.38±1.48)%和(3.49±0.66)%,(0.15±0.04)%和(0.03±0.02)%]显示毒素-抗毒素基因MSMEG_3435-3436与药物耐受性无关(t=0.548,P=0.613;t=2.663,P=0.056)。启动子(SY3328、SY3309、SY6407、SY3310和SY3311)在携带pMV261-空载体和pMV261抗毒素表达质粒的报告菌株中的β-半乳糖苷酶活性分别为(376.50±17.13)和(315.50±20.71)、(189.00±12.24)和(160.70±9.89)、(225.20±9.95)和(211.70±2.57)、(221.40±12.07)和(186.60±13.17)、(179.10±5.87)和(127.70±19.21)MU,差异均无统计学意义(t=2.272,P=0.086;t=1.795,P=0.147;t=1.319,P=0.258;t=1.949,P=0.123;t=2.562,P=0.063)。结论成功构建了MSMEG_3435-3436和MSMEG_6762-6760在耻垢分枝杆菌中的诱导表达体系及敲除菌株,并发现MSMEG_3435-3436是一个新的有功能的毒素-抗毒素系统,以及这两个毒素-抗毒素系统与菌株生长表型及异烟肼和利福平耐受性无关,最后发现耻垢分枝杆菌中5对毒素-抗毒素系统的抗毒素基因可能在自身启动子调控中不发挥关键作用,可为进一步研究结核分枝杆菌毒素-抗毒素系统的功能提供线索。

关键词：分枝杆菌耻垢类毒素类抗毒素类基因表达调控细菌药物耐受性

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耻垢分枝杆菌新型毒素-抗毒素系统MSMEG_3435-3436基因功能的初步研究

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结核病与胸部肿瘤 2020年第2期 102-111页

作者：张蓝月耿艺漫贾红彦肖婧李自慧潘丽萍孙义成张宗德首都医科大学附属北京胸科医院/北京市结核病胸部肿瘤研究所/耐药结核病研究北京市重点实验室 101149 中国医学科学院北京协和医学院病原生物学研究所/卫生部病原微生物系统生物学重点实验室首都医科大学附属北京儿童医院/北京市儿科研究所/教育部儿科重大疾病研究重点实验室

目的初步探讨耻垢分枝杆菌(Mycobacterium smegmatis)毒素-抗毒素(toxin-antitoxin,TA)系统基因的功能及其在细菌药物耐受中的作用。方法利用无水四环素(ATe)诱导穿梭质粒构建毒素基因(MSMEG_3436和MSMEG_6760)表达系统,检测毒素基因表... 详细信息

目的初步探讨耻垢分枝杆菌(Mycobacterium smegmatis)毒素-抗毒素(toxin-antitoxin,TA)系统基因的功能及其在细菌药物耐受中的作用。方法利用无水四环素(ATe)诱导穿梭质粒构建毒素基因(MSMEG_3436和MSMEG_6760)表达系统,检测毒素基因表达的抑菌作用。应用CRISPR-Cas12a基因编辑技术构建△MSMEG_3435-3436和△MSMEG_6762-6760敲除菌株,探究毒素-抗毒素系统对菌株生长的影响。通过计算菌株存活率检测MSMEG_3435-3436基因对异烟腓(96 ug/ml)和利福平(40 pgml)的耐受相关性。在耻垢分枝杆菌中用LacZ报告基因分别替换毒素-抗毒素基因(MSMEG_1277-1278、MSMEG_1283-1284、MSMEG_3435-3436、MSMEG_4447-448和MSMBG_5635-5634),构建5个启动子活性检测突变菌株(SY3328、SY3309、SY6407、SY310和SY3311),并将pMV261空载体和pMV261-抗毒素系列质粒分别电转至5个突变菌株中,通过测定吸光度值(***和Ana)计算β-半乳糖苷酶活性[酶活性单位为“Miller单位(MU)”],以检测毒素抗毒素系统的启动子活性。结果在耻垢分枝杆菌中,ATc诱导表达毒素基因MSMEG_3436可抑制细菌生长,而同时表达对应的抗毒素基因MSMEG_3435可消除抑制作用;ATe诱导表达毒素基因MSMEG_6760未发现明显的抑菌作用。与野生株相比,AMSMEG_3435-3436和△MSMEG_6762-6760敲除菌株在TH9液体培养基中生长表型无明显差异。野生株和△MSMEG_3435-3436敲除菌株经异烟阱和利福平处理后的存活率[分别为(4.38±1.48)%和(3.49±0.66)%,(0.15±0.04)%和(0.03±0.02)%]显示毒素-抗毒素基因MSMEG_3435-3436与药物耐受性无关(t=0.548,P=0.613;t=2.663,P=0.056)。启动子(SY328、SY3309、SY6407、SY3310和SY3311)在携带pMV261-空载体和pMV261抗毒素表达质粒的报告菌株中的β-半乳糖苷酶活性分别为(376.50±17.13)和(315.50±20.71)、(189.00±12.24)和(160.70±9.89)(1225.20±9.95)和(211.70±2.57)(221.40±12.07)和(186.60±13.17)(179.10±5.87)和(127.70±19.21)MU,差异均无统计学意义(t=2.272,P=0.086;t=1.795,P=0.147;t=1.319,P=0.258;t=1.949,P=0.123;t=-2.562,P=0.063)。结论成功构建了MSMEG_3435-3436和MSMEG_6762-6760在耻垢分枝杆菌中的诱导表达体系及敲除菌株,并发现MSMEG_3435-3436是一个新的有功能的毒素-抗毒素系统,以及这两个毒素-抗毒素系统与菌株生长表型及异烟阱和利福平耐受性无关,最后发现耻垢分枝杆菌中5对毒索-抗毒素系统的抗毒素基因可能在自身启动子调控中不发挥关键作用,可为进一步研究结核分枝杆菌毒素-抗毒素系统的功能提供线索。

关键词：分枝杆菌耻垢类毒素类抗毒素类,基因表达调控,细菌药物耐受性

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