乳酸菌双组分信号转导系统

乳酸菌广泛应用于食品发酵工业中,其中有些菌种是重要的益生菌。乳酸菌中存在着双组分信号转导系统,参与乳酸菌的多种生理生化过程,是其代谢活动的重要调控机制。本文就双组分信号转导系统的组成、作用机制、类型、特点以及乳酸菌中双组分信号转导系统作一综述。

嗜酸硫杆菌双组分信号转导系统多样性分析

为探索嗜酸硫杆菌（Acidithiobacillus）对极端矿山环境条件感知和反应分子机制的差异,利用生物信息学方法鉴定和分析了两株嗜酸氧化亚铁硫杆菌、一株喜温嗜酸硫杆菌和一株耐冷嗜酸硫杆菌的双组分信号转导系统（TCS）结构多样性特征.结果表明,4株嗜酸硫杆菌拥有27~38个TCS蛋白,聚类分析显示有16组配对的TCS族、4组孤儿组氨酸蛋白激酶（HK）和9组孤儿反应调节蛋白（RR）,与其进化分支有较好的相关性;其中9个配对和5个不配对的TCS蛋白族为嗜酸硫杆菌菌株所共有,其余特有TCS均在一个或几个菌株中缺失.嗜酸硫杆菌菌株共有的TCS功能涉及氮素固定及代谢调节、柠檬酸/苹果酸代谢调节等,特有TCS功能涉及如趋化性调控、重金属响应、铜抗性调控等,这可能有助于菌株在极端矿山环境中生存.

表皮葡萄球菌双组分信号转导系统saeRS对相关蛋白调控的研究

目的利用双向电泳技术对表皮葡萄球菌菌体蛋白进行蛋白质组学分析,寻找双组分信号转导系统saeRS的调控网络。方法对表皮葡萄球菌1457双组分信号转导系统saeRS删除株与野生株菌体蛋白进行双向电泳差异比较;电泳图谱采用Image Master 2DPlatinum软件分析;免疫印迹法验证saeRS调控的差异蛋白。结果在表皮葡萄球菌1457双组分信号转导系统saeRS删除株与野生株蛋白质图谱中共发现23个差异表达的蛋白点(10个下调,13个上调)。结论蛋白质双向电泳技术可以成功应用于分析表皮葡萄球菌双组分信号转导系统saeRS的调控网络;此图谱为进一步研究saeRS在表皮葡萄球菌中的调控机制奠定了基础。

双组分信号转导系统SrrBA调控表皮葡萄球菌生长和生物膜形成

目的:探讨双组分信号转导系统SrrBA在表皮葡萄球菌中的调控作用。方法:利用同源重组技术构建表皮葡萄球菌srrBA基因敲除突变株,通过检测OD600值绘制其有氧生长曲线,并观察其厌氧生长状态,微量板半定量方法检测其生物膜形成能力。结果:经PCR扩增和测序验证获得了表皮葡萄球菌srrBA基因敲除突变株(SE 1457-ΔsrrBA)。突变株的生长不论是在有氧还是在厌氧条件下均明显滞后于野生株。此外,突变株形成生物膜的能力较之野生株也显著下降。结论:双组分系统SrrBA可调控表皮葡萄球菌的生长和生物膜形成。

隐藏嗜酸菌Acidiphilium cryptum JF-5双组分信号转导系统

为了探索隐藏嗜酸菌(Acidiphilium cryptum)对多变极端矿山环境条件的感知和反应分子机制,预测和分析了隐藏嗜酸菌JF-5菌株的双组分信号转导系统(Two-component signal transduction system,TCS)的分布、结构及功能.鉴定了9对成对TCSs、2个杂合结构TCSs、3个孤儿组氨酸蛋白激酶(HK)和5个孤儿反应调节蛋白(RR);发现5个TCSs参与隐藏嗜酸菌对重金属响应转录调控;大多数HKs的N-末端具有接受信号的跨膜区、HAMP或PAS等结构域,RRs主要是OmpR亚家族,占总RRs的40%以上;从进化关系上来看,一些处在进化树同一分支上的共同聚簇TCS基因可能具有相同的进化途径.本研究结果可为研究隐藏嗜酸菌在极端环境中适应性分子机制提供新的方向.

PhoPR双组分信号转导系统对结核分枝杆菌持留性的调控机制研究

目的本研究通过诱导结核分枝杆菌在低氧环境中进入持留状态,来比较分析不同时间不同低氧环境下结核分枝杆菌中的PhoP基因和PhoR基因的表达水平差异,探讨研究PhoPR双组分信号转导系统对结核分枝杆菌持留性的调控机制。方法首先对结核分枝杆菌国际标准无毒株(H37Ra)和结核分枝杆菌国际标准强毒株(H37Rv)在不同低氧环境下进行培养,提取每个样本菌株的总RNA,并进行完整性鉴定;运用SYBR Green I实时荧光定量PCR检测每个样本菌株中PhoP基因和PhoR基因的表达水平;比较分析不同时间不同低氧环境下的结核分枝杆菌菌株PhoP基因和PhoR基因的表达水平差异。结果在不同时间点对低氧环境的结核分枝杆菌PhoP基因和PhoR基因的表达水平进行检测,结果显示:与第10d相比,培养至第15d时H37Rv菌株和H37Ra菌株中的PhoP基因和PhoR基因的表达水平均显著上调,差异有统计学意义(P<0.05);并且培养至第25d时,H37Rv菌株中的PhoP基因和PhoR基因的表达水平比H37Ra菌株表达均上调2.34倍,差异有统计学意义(P<0.05)。结论在不同时间点相同毒力的结核分枝杆菌的PhoPR双组分信号转导系统中PhoP基因和PhoR基因在不同低氧环境下的表达存在差异,而且在相同时间点不同毒力结核分枝杆菌的PhoPR双组分信号转导系统中PhoP基因和PhoR基因在不同低氧环境下的表达也存在差异,表明PhoPR双组分信号转导系统对结核分枝杆菌的持留性具有调控作用。

细菌双组分信号转导系统

细菌能感应外界环境各种不同信号,调控菌体内相关基因表达,以适应不断变化的环境。其中双组分信号转导系统广泛存在于各种原核生物中,其基本结构为一个组氨酸蛋白激酶和一个反应调节蛋白。由于双组分系统在结构和作用机制上与人类细胞的信号转导系统有本质的不同,因而在抗微生物感染方面有着诱人的应用前景。

双组分信号转导系统CpxAR对沙门菌耐药性调控作用的研究进展

沙门菌中存在多种双组分信号转导系统(two-component signal transduction system,TCS),它们能够感应外界环境信号的变化,调控细菌的生物学特性。CpxAR系统是革兰阴性菌中普遍存在的TCS之一,近年来的研究证实CpxAR与沙门菌对多种药物耐药性的形成密切相关,且越来越多的研究试图阐明CpxAR调控沙门菌耐药性的调控机制。本文就CpxAR对沙门菌耐药性的调控作用的研究进展作以综述,旨在为科研人员更深入的研究提供思路和理论指引。

嗜酸乳杆菌群双组分信号转导系统

为明确Lactobacillus acidophilus菌群中的双组分信号转导系统的分布及功能，采用HMMER、SMART、TMHMM、ClustalW等生物信息学手段对L.acidophilus菌群中全基因组进行扫描，对其中的双组分信号转导系统进行预测，并进行结构分析及功能预测.结果表明，L.acidophilus菌群中具有5-9个双组分信号转导系统，其中部分TCS系统调控细菌的耐酸、耐胆汁能力及细菌素分泌等益生功能密切相关的性能.

无乳链球菌VicRK双组分信号转导系统的功能预测

VicRK可调控细胞壁代谢,是部分低G+C值革兰氏阳性菌中最为关键的双组分信号转导系统。为预测该系统在无乳链球菌中的具体功能,依据VicR蛋白与调控基因启动子结合的17 bp保守基序,采用perl语言编写生物信息学软件,对中国鱼源无乳链球菌GD201008-001全基因组进行双向探查。结果显示,在该基因组中,oppA、deoR、acpP、NPD、cas9和pcsB等11个基因启动子中存在Vic R结合位点,通过结合各基因的生物学功能进行预测可知,VicRK双组分信号转导系统在无乳链球菌中可能具有调节渗透压、脂肪酸代谢和细胞壁代谢等功能,同时具有参与细菌免疫和细菌毒力等重要作用。

乳酸菌双组分信号转导系统研究进展

乳酸菌中存在着一种重要的调控机制——双组分信号转导系统,它可以通过调控乳酸菌的多种生理生化过程来适应外界环境的变化。就双组分信号转导系统的组成、作用机制以及乳酸菌中调控耐酸机制、细菌素的合成和黏性吸附等生理过程的双组分信号转导系统作一综述。

沙门菌PhoP-PhoQ双组分信号转导系统

PhoP-PhoQ是调控沙门菌毒力的重要双组分信号转导系统,由组氨酸蛋白激酶PhoQ和反应调节蛋白PhoP组成。PhoP-PhoQ可调节沙门菌对Mg2+及其他周质环境的适应性,并调控沙门菌感染中毒力基因的转录和表达。PhoP-PhoQ调控的毒力基因参与沙门菌对上皮细胞的侵袭、胞内生存、对抗菌肽的抵抗反应、脂质A的修饰、Ⅲ型分泌系统效应蛋白的分泌等环节。PhoP-PhoQ还可与其他双组分信号转导系统或调节子合作,调控沙门菌的毒力。因此,PhoP-PhoQ双组分信号转导系统在沙门菌的毒力调控中发挥重要作用。

单增李斯特菌食品分离株LM201的双组分信号转导系统的生物信息学分析

用生物信息学方法对已完成基因组测序的单增李斯特菌(Listeria monocytogenes,Lm)食品分离株LM201的双组分信号转导系统(Two-component signal transduction systems,TCSs)进行了数量统计、结构分析和功能预测。结果发现:LM201有14对TCSs和2个孤儿应答调控子(Response regulator,RR);其组氨酸激酶(Histidine kinase,HK)具有11种组成结构;其RRs分属于7个亚家族;有3对TCSs和1个孤儿RR的预测功能在Lm中未见报道,有1对TCS功能预测为未知。该研究结果能为构建Lm的TCSs交叉调控网络提供参考,以明确TCSs在Lm毒力调控方面的机制。

酸奶发酵剂双组分信号转导系统研究进展

酸奶发酵剂是由多种乳酸菌复配用于酸奶发酵生产的微生物材料,主要菌种为保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌。双组分信号转导系统(two-component signal transduction system, TCS)是细菌中常见的信号机制,经典TCS由跨膜受体组氨酸蛋白激酶和同源胞质内应答调控蛋白组成,使得细菌能够感知和响应外界环境刺激并且调控自身生理生化过程。与大肠杆菌、枯草芽孢杆菌和天蓝色链霉菌等模式细菌相比,乳酸菌TCS研究相对滞后,缺乏系统阐明其响应和调控机制。该文总结酸奶发酵剂中保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌TCS近年来研究进展,以期为乳酸菌TCS解析和酸奶工业化生产控制提供帮助。

牙龈卟啉单胞菌双组分信号转导系统的研究进展

牙龈卟啉单胞菌被认为是主要的牙周致病菌之一,与慢性牙周炎发生发展密切相关。面对复杂的口腔环境,牙龈卟啉单胞菌必须及时感知环境变化并作出反应,双组分信号转导系统在其中具有重要作用。双组分信号转导系统通常由组氨酸激酶和反应调节蛋白组成,通过控制蛋白的磷酸化状态调节信号传导。近年来,有关牙龈卟啉单胞菌的双组分信号转导系统陆续被报道。本文就牙龈卟啉单胞菌的双组分系统的组成和功能进行综述。

水产品荧光假单胞菌双组分信号转导系统的序列分析和功能预测

为研究双组分信号转导系统(two-component signal transduction system,TCS)在水产品优势腐败菌荧光假单胞菌生长繁殖和环境适应过程中的作用,利用生物信息学方法对水产品荧光假单胞菌PF08的TCS进行序列分析和功能预测。结果表明:荧光假单胞菌PF08中存在63个组氨酸激酶、84个应答调节蛋白、39个成对TCS、25个融合组氨酸激酶;该菌株中所有的组氨酸激酶均具有HATPase_c和HisKA结构域,所有应答调节蛋白均具有REC结构域;系统发生树结果表明具有相同结构域的TCS多聚于同一聚簇,其可能具有相近的功能;该菌株39对TCS有25对的生物学功能得到预测,其主要参与调控荧光假单胞菌PF08的营养元素代谢、生物体内物质运输、细胞形态分化、应对不利环境及细胞抗性和毒力等。该研究结果为进一步阐明TCS在水产品荧光假单胞菌PF08菌株环境适应过程中的功能提供一定参考。

LiaSR双组分信号转导系统调控变异链球菌耐酸和生物膜形成能力的机制研究

目的探究LiaSR双组分信号转导系统对变异链球菌(Sm)593号(Sm 593)临床株耐酸和生物膜形成的影响及相关机制。方法以Sm 593及其liaS和liaR基因敲除株为研究菌株,采用全自动生长曲线测定仪检测并绘制pH=5.5环境中各菌株的生长曲线;用菌落计数法检测细菌的适应性耐酸能力;使用Laurdan探针、氢-钾腺苷三磷酸(ATP)酶试剂盒、质子通透性检测实验和实时荧光定量PCR(RT-qPCR)探究LiaSR双组分信号转导系统介导的耐酸机制。体外构建各菌株的生物膜,通过结晶紫染色法、菌落计数法、SYTOX探针检测法和蒽酮-硫酸法探究各菌株的生物膜总量、活菌数、胞外DNA(eDNA)和胞外多糖含量;采用RT-qPCR法检测胞外多糖合成相关基因的表达情况。结果pH=5.5环境中,liaS和liaR基因敲除株的生长受到显著抑制(P<0.05)。适应性耐酸曲线显示敲除株与野生株相比,固有耐酸和适应性耐酸能力均显著下降(P<0.05)。对三菌株无预酸化处理20和40 min以及预酸化处理20和40 min后,liaS基因敲除株生存率[(8.98±2.00)%、(0.18±0.07)%、(14.88±8.64)%、(0.82±0.91)%]和liaR基因敲除株生存率[(0.38±0.19)%、(0.34±0.18)%、(7.89±2.02)%、(1.52±0.37)%]均分别显著低于野生株[(32.49±9.75)%、(1.27±0.32)%、(62.76±29.06)%、(8.02±1.25)%](均P<0.05)。此外,liaS和liaR敲除株膜流动性(0.18±0.04和0.18±0.05)均显著低于野生株(0.08±0.05)(均P<0.01);不饱和脂肪酸合成基因fabM表达水平(0.52±0.11和0.57±0.05)与野生株(1.04±0.30)相比均显著降低约1/2(均P<0.001);H+-ATP酶活性(917.06±59.53和469.53±47.65)与野生株(127.00±50.71)相比显著升高7.22和3.70倍(均P<0.001),且编码H+-ATP酶基因atpD的表达水平(3.39±0.21和1.94±0.17)也较野生株(1.00±0.15)显著升高3.39和1.94倍(均P<0.01)。liaR基因敲除株的终末pH值(4.76±0.01)显著低于野生株(4.90±0.00),liaS基因敲除株的终末pH值(5.19±0.01)显著高于野生株(均P<0.001)。liaS和liaR基因敲除株与野生株相比,Sm 593生物膜总量未发生明显变化,生物膜活菌数均显著少于野生株(均P<0.05),且eDNA含量均显著高于野生株(均P<0.01)。liaS基因敲除株生物膜水溶性多糖含量与野生株相比显著增加1.88倍(P=0.003)。liaS和liaR基因敲除株胞外多糖合成相关基因gtfD表达水平较野生株显著升高47.43和16.90倍(均P<0.05),liaS基因敲除株中gtfC基因比野生株显著高表达1.65倍(P=0.014)。结论LiaSR双组分信号转导系统通过调控膜不饱和脂肪酸合成和胞膜流动性,参与Sm 593的耐酸过程;LiaR反应调节蛋白还可参与调节膜质子通透性,增强Sm 593的耐酸能力;此双组分信号转导系统可负向调控生物膜胞外基质的产生。

荔枝霜疫霉中双组分信号转导系统的鉴定与表达分析

荔枝霜疫霉(Peronophythora litchii)隶属于茸鞭生物界卵菌门疫霉属,由其引起的荔枝霜疫病是目前荔枝生产上一种最重要的病害,严重影响荔枝产量和鲜果品质。双组分信号途径在微生物中参与多种生命活动,但是在卵菌中尚未有相关研究。本研究通过生物信息学分析在荔枝霜疫霉中鉴定到2个杂合型组氨酸激酶(PlHK1、PlHK2)和1个响应调控蛋白(PlRR1)。其在卵菌中是保守存在的,并且与真菌在进化上相对独立。功能域分析表明,PlHK1和PlHK2的C端额外的融合了1个磷酸转移功能域(Hpt),这与真菌和植物的存在显著差异。转录分析表明3个基因在荔枝霜疫霉侵染阶段上调表达,并且响应渗透胁迫和氧化胁迫。以上结果揭示了双组分信号系统可能在疫霉致病过程中发挥重要作用。

表皮葡萄球菌双组分信号转导系统arlS基因生物学功能研究

目的探讨表皮葡萄球菌arlS/R双组分信号转导系统(two-component signal transduction system,TCS)的组氨酸激酶arlS基因删除对细菌生物学的影响。方法构建含有红霉素抗性基因(ermB)的pBT2-△arlS质粒,随后将电转入表皮葡萄球菌1457的重组质粒在43℃条件下振摇培养,筛选表皮葡萄球菌1457菌株的arlS缺失突变株(SE1457-△arlS);采用微量板半定量方法检测arlS删除突变对细菌生物被膜形成的影响,通过检测A595值观察其生长曲线,检测过夜培养上清液对菌细胞裂解的活性,并用0.1%TritonX-100诱导细菌自溶的方法检测SE1457-△arlS突变株的自溶情况。结果成功构建pBT2-△arlS质粒,利用同源重组基因删除的方法表皮葡萄球菌1457 arlS基因被删除。△arlS突变株与野生株的生长曲线基本相似,提示arlS基因删除对细菌的增殖无明显影响,但SE1457-△arlS突变株形成生物被膜的能力明显低于野生株,降低90.96%;在0.1%Triton X-100诱导下SE1457-△arlS基因删除突变株的裂解率为97.83%,野生株为55.38%;而△arlS突变株过夜培养上清液对靶细菌裂解的活性则低于野生株,其裂解率为20.50%,野生株为56.12%。结论表皮葡萄球菌arlS/R双组分信号转导系统arlS基因可调控细菌生物被膜形成、菌细胞自溶以及胞外细菌裂解酶的活性。

双组分信号转导系统saeRS对表皮葡萄球菌生存能力的影响

目的研究不同浓度的葡萄糖对表皮葡萄球菌野生株、saeRS基因删除突变株及回复株生存能力的影响及机制。方法在BM培养基中添加不同浓度(7.0mmol/L、14mmol/L、28mmol/L、56mmol/L)的葡萄糖,分析3种表皮葡萄球菌的生存能力、生物膜形成能力、培养基的酸度及抵抗抗生素生存的能力。结果与表皮葡萄球菌野生株相比,葡萄糖能明显促进saeRS删除突变株的生存能力和生物膜形成能力,但能够明显降低其对抗生素(比如青霉素、苯唑西林、庆大霉素、环丙沙星和丁胺卡那霉素)的抵抗能力;saeRS删除突变株和回复株在14mmol/L浓度时生存能力最强,在28mmol/L浓度时生物膜形成能力最强,而葡萄糖浓度对于野生株的生存能力及生物膜形成能力无显著影响。在添加14mmol/L葡萄糖时,saeRS删除突变株培养基(pH=8.07)的酸度比野生株(pH=7.0)明显降低。结论 SaeRS可能通过介导葡萄糖的利用影响了表皮葡萄球菌的生存能力;双组分信号转导系统saeRS影响抗生素如青霉素、苯唑西林、庆大霉素、环丙沙星和丁胺卡那霉素对表皮葡萄球菌的杀菌作用。