鱼类产品中嗜水气单胞菌重组酶聚合酶扩增结合CRISPR/Cas12a快速检测及耐药性分析

目的建立重组酶聚合酶扩增(recombinase polymerase amplification,RPA)结合簇状规则间隔短链重复序列及其相关蛋白(clustered regularly interspaced short palindromic repeats-associated protein,CRISPR-Cas)新方法,检测鱼类产品中嗜水气单胞菌,并分析其耐药性。方法采用基于最新的CRISPR基因编辑技术建立RPA结合CRISPR/Cas12a新方法,快速检测嗜水气单胞菌,同时采用环介导等温扩增(loop-mediated isothermal amplification,LAMP)方法比对两种方法的检出率。筛查嗜水气单胞菌分离株的耐药性,采用纸片扩散法测定耐药表型,采用荧光染料(SYBR green,SYBG)实时荧光定量聚合酶链式反应(real-time fluorescence quantitative polymerase chain reaction,qPCR)测定耐药基因,分析耐药表型与耐药基因结果的一致性。结果在74例鱼类样品中,基于RPA-CRISPR/Cas12a和LAMP同时检测出6例嗜水气单胞菌。分析耐药性测试结果发现,分离株对5大类10种抗生素的耐药情况差异较大,耐药表型与耐药基因结果一致性较高。结论所建立的RPA-CRISPR/Cas12a方法适用于嗜水气单胞菌快速检测。而细菌耐药性的产生机制比较复杂,耐药表型的产生在一定程度上受耐药基因调控。研究结果为水产品中嗜水气单胞菌快速检测和耐药性筛查提供新思路和方法。

聚合酶链反应(PCR)法检测嗜水气单胞菌丝氨酸蛋白酶基因

根据已报道的鱼源嗜水气单胞菌的丝氨酸蛋白酶基因序列设计和合成了 1对可扩增目的片段长度为 893bp的引物 ,建立了检测嗜水气单胞菌丝氨酸蛋白酶基因 PCR方法。脱脂奶平板产溶蛋白圈的 10株鱼源嗜水气单胞菌株以及 ATCC796 6检测均为阳性 ,检测的灵敏度可达 2 .0× 10 - 3g/ L的模板 DNA。表明 PCR法在分子水平快速。

嗜水气单胞菌UDP-乙酰葡萄糖胺-4-差向异构酶基因的克隆表达及酶的性质

通过水生动物源性嗜水气单胞菌(Aeromonas hydrophila,Ah)强毒株J-1株与弱毒株MR-1株抑制差减杂交得到gneJ差减片段,该片段与创伤弧菌(Vibrio vulnificus)和人源嗜水气单胞菌的UDP-乙酰葡萄糖胺-4差向异构酶基因有较高的同源性。扩增完整的gneJ基因,进行分布检测并将其克隆至质粒pET32a(+),在大肠杆菌(Escherichia coli)BL21中进行异源表达,SDS-PAGE结果显示,重组表达蛋白的分子量约59.7kD,与理论推测值基本相同。酶活性分析表明,该重组蛋白可将UDP-乙酰葡萄糖胺转化为UDP-乙酰半乳糖胺,确证gneJ基因编码蛋白为UDP-乙酰葡萄糖胺-4-差向异构酶。WesternBlot分析显示,嗜水气单胞菌J-1株胞外产物的兔抗血清可识别该重组蛋白,表明该蛋白与天然蛋白有相同的抗原性。以重组蛋白为免疫原,对小鼠进行动物保护实验,结果显示,该重组蛋白对小鼠有60%的保护率,证明UDP-乙酰葡萄糖胺-4差向异构酶可作为亚单位疫苗的侯选成分。

基因组步移技术扩增嗜水气单胞菌J-1株脂酶基因全长及原核表达

根据已发表的引物序列合成一对引物,以嗜水气单胞菌J-1株基因组为模板扩增脂酶基因,得到一个保守的383 bp基因片段。进一步应用基因组步移技术扩增其两侧未知序列,分别以DraⅠ,EcoRⅤ,PvuⅡ,ScaⅠ,StuⅠ,SmaⅠ6个内切酶酶切的基因组构建6个不同的基因组步移文库,再以基因组步移文库为模板,设计引物向已获得的保守片段两侧进行PCR扩增,将扩增到的两侧序列与保守片段拼接后得到一个3 476 bp的片段,通过DNA Star软件分析,找到一个2 415 bp的开放阅读框,经Blast软件分析,其与嗜水气单胞菌ATCC 7966脂酶、嗜水气单胞菌AH-3磷脂酶A1、嗜水气单胞菌H3脂酶、嗜水气单胞菌Mcc-2脂酶、嗜水气单胞菌J MP636磷脂酶C的序列同源性分别为97%、97%、88%、83%和82%。将DNA序列翻译成氨基酸序列后,发现其包含一个多肽序列(VHFLGHSLGA),这个序列在脂酶中高度保守。

PCR扩增特异性16SrDNA和溶血素基因检测致病性嗜水气单胞菌

根据已发表的气单胞菌16SrDNA基因序列及气单胞菌气溶素(aerolysin)基因序列,设计了2对引物,建立了检测致病性嗜水气单胞菌的PCR方法。通过对12株气单胞菌的检测,发现16SrDNA引物具有高度的特异性,仅对嗜水气单胞菌扩增阳性。而Aero基因引物检测结果与采用生物学方法(鲜血平板法)检测的结果符合率为97.2%,且具有高度的敏感性,可检测最低1fg的模板。将16SrDNA与Aero基因结合PCR方法检测致病性嗜水气单胞菌与用致病性嗜水气单胞菌检测试剂盒的符合率为94.4%。该方法的建立为致病性嗜水气单胞菌的检测提供了一种简便、快速的途径,是一种比较实用的致病性嗜水气单胞菌的检测方法。

用PCR检测嗜水气单胞菌毒素基因

选取气单胞菌毒素基因中保守区的同源寡核苷酸序列为引物，用PCR技术检测临床分离的嗜水气单胞菌的毒素基因。扩增产物中均含有明显的预定条带；用AluI和AvaI酶切进一步鉴定，其酶切片段的数量和大小均与设计相吻合，证实样本中带有毒素基因。细菌在鲜血平板上呈现党大的β－溶血圈，用相应的单克隆抗体检测培养上清中的毒素，亦获阳性结果，进一步证实PCR技术检测气单胞菌毒素准确可靠。

细菌脱色酶TpmD对三苯基甲烷类染料脱色的酶学特性研究

从嗜水气单胞菌DN322中分离纯化出能够对三苯基甲烷类染料结晶紫、碱性品红、灿烂绿及孔雀绿进行有效脱色的脱色酶，命名为TpmD。该酶的亚基分子量为29．4kDa，等电点为5．6。该酶催化上述4种三苯基甲烷类染料脱色反应的适合温度为40～60℃，适合pH范围为5．5～9．0。动力学参数测定结果显示TpmD对结晶紫、碱性品红、灿烂绿及孔雀绿的Km值分别为24．3、40．6、54．2、68．5μmol^-1·L^-1，Vmax值分别为19．6、74．1、82．8、115．6μmol^-1·L^-1。结晶紫为该酶的最适反应底物。TpmD催化的脱色反应依懒于NADH／NADPH及分子氧的存在，显示该酶属于NADH／NADPH依赖型的氧化酶类。这是国内外首次关于细菌中三苯基甲烷类染料脱色酶酶学性质的描述。

脱色酶TpmD在大肠杆菌中的高效表达及纯化

用PCR方法从嗜水气单胞菌DN322基因组中扩增出编码三苯基甲烷类染料脱色酶TpmD的基因,与表达载体pET-22b(+)连接构建成重组质粒pET22-tpmD,转化大肠杆菌BL21(DE3)得到重组工程菌株.结果表明,经IPTG诱导,脱色酶基因可高效表达,粗酶液降解结晶紫、孔雀石绿、碱性品红、灿烂绿的比活力达到569.5,386.9,516.1,273.0U/g.表达产物经Ni-NTA亲和层析法一步纯化,蛋白纯度达94.05%.对4种染料的比活力分别达到1075.3,1042.8,903.9,484.3U/g,重组质粒稳定存在于工程菌中,便于规模化发酵生产.

咪唑类物质KK-42对日本沼虾几丁质酶基因表达的影响

为探讨咪唑类物质KK-42提高感染嗜水气单孢菌的日本沼虾幼虾成活率的机制,首次克隆了日本沼虾几丁质酶基因-3部分序列,研究了其时空表达及酶活力的变化。将体长3.5~5.0cm的日本沼虾幼虾随机分为两组,分别用1.95×10-4 mol/L的咪唑类物质KK-42溶液（试验组1）或不含咪唑类物质KK-42的溶液（对照组1）浸泡处理1min,12h后,分别注射嗜水气单胞菌菌悬液（菌攻毒试验组和菌攻毒对照组）或生理盐溶液（试验组2和对照组2）,不同时间测定幼虾的成活率,分析几丁质酶基因-3mRNA水平及其酶活力的变化。结果显示,12-48h时,菌攻毒试验组的成活率比菌攻毒对照组增加133%以上。克隆的日本沼虾几丁质酶基因-3部分mRNA序列与其他甲壳类具有90%以上同源性。几丁质酶基因-3表达水平在肝胰腺中最高,以蜕皮前期最为显著。与对照组1相比,在12h,试验组1几丁质酶基因-3mRNA水平和酶活力分别增高了150%和75%;菌攻毒试验组mRNA水平在12~48h明显高于菌攻毒对照组,尤其在24h,增幅高达304%,酶活力在24h比菌攻毒对照组增高48%。咪唑类物质KK-42预处理能显著上调感染嗜水气单胞菌的日本沼虾幼虾肝胰腺几丁质酶基因-3的转录、诱导酶活力增强,这可能是咪唑类物质KK-42提高幼虾成活率的机制之一。

耐药气单胞菌中检出多种耐药基因

目的研究临床感染气单胞菌的耐药性及耐药机制,为临床治疗提供科学依据。方法选择分离自肝病患者及腹泻患者的耐药气单胞菌19株,PCR 及琼脂糖凝胶电泳法检测了β-内酰胺酶 TEM,OXA;质粒 AmpC 酶 MOX/CMY,FOX,LAT/CMY 及氨基糖苷类修饰酶 aac(3)-Ⅰ,aac(3)-Ⅱ,aac(16′)-Ⅰ,Ant(3″)-Ⅰ等耐药基因。结果本组19株气单胞菌中,包括嗜水气单胞菌10株,温和气单胞菌6株,豚鼠气单胞菌3株。气单胞菌耐药严重,耐氦苄西林、头孢唑林及头孢美唑的100%,耐头孢曲松63.15%,但无耐亚胺培南者。检测19株气单胞菌 TEM 阳性11株,OXA 阳性2株,质粒AmpC 酶 MOK/CMY 阳性7株,FOX 及 LAT/CMY 均阴性;氨基糖苷类修饰酶 aac(3)-Ⅰ阳性2株,aac(3)-Ⅱ阳性2株,aac(16′)-Ⅰ阳性4株,Ant(3″)-Ⅰ阳性6例,其1l株温和气单胞菌同时检测出上述4种耐药基因。结论我国首次检测到气单胞菌的耐药基因,其中 TEM 型β-内酰胺酶最高,质粒AmpC 酶以 MOX/CMY 为主,氧基糖苷修饰酶4种基因型均存在,提示气单胞菌的耐药严重,耐药机制复杂,有多种耐药基因存在,须引起重视。

草鱼出血病混合感染的嗜水气单胞菌的分离、鉴定与理化特性

从患出血病草鱼的肝脏病灶中分离筛选出2株致病菌。取病鱼样品组织过滤液接种CIK细胞、培养,电镜下观察到细胞质中含有草鱼呼肠孤病毒样颗粒和包涵体,病毒颗粒大小65nm～70nm,包涵体0.46μm～1.81μm。人工回归感染实验显示分离的菌株及细胞毒悬液均能使草鱼致病死亡。对分离菌株进行细胞形态学、理化特性分析及药敏试验,初步判定所分离的2株菌均为嗜水气单胞菌。进一步对菌株进行DNA分子鉴定,结果显示2株菌的16SrRNA基因、促旋酶亚单位蛋白(gryB)基因均与GenBank上的嗜水气单胞菌相应的基因具有较高的同源性。在根据已知序列分别构建的2个基因的分子系统进化树中2株菌均与嗜水气单胞菌聚类。同时2个菌株均可扩增到气溶素基因(aerA)和丝氨酸蛋白酶基因(ahpA),提示它们均可能为嗜水气单胞菌强毒株。综合人工回归感染实验与毒力基因鉴定结果可认为所分析的草鱼出血病病例存在着病毒与嗜水气单胞菌的混合感染。

三苯基甲烷类染料氧化酶基因(tpmD)在大肠杆菌中的无诱导表达

为了解决嗜水气单胞菌DN322对鱼类的潜在致病性问题,有必要克隆表达该菌的三苯基甲烷染料脱色酶基因tpmD.通过PCR方法获得该基因,并与脱色希瓦氏菌S12的NAD(P)H脱氢酶基因启动子和用于荧光标记的编码CCPGCC的碱基序列融合,将有启动子和无启动子的融合基因片段分别连接到质粒pMD18-T中,转化大肠杆菌E.coliDH5α和E.coliBL21.结果发现,有启动子的融合基因能被E.coli在不加诱导物IPTG的条件下高效正确表达,脱色酶活性甚至超过基因供体菌DN322.将上述两株大肠杆菌工程菌株在自然水体中进行孔雀石绿污染小试处理,60d内在每个350mL反应体系中累积共投加大于10000mg的孔雀石绿,脱色率一直保持在92%以上;细菌数量最后增加了5～10倍.研究结果证明,基因工程菌在不加营养物的条件下也有很强的脱色活性和长期的存活能力;在tpmD基因3’端加入的用于螯合双砷荧光染料的18bp编码氨基酸碱基序列不影响此基因的表达和酶的脱色活性,这将赋予此工程菌可示踪性.

环介导等温扩增联合横向侧流试纸(LAMP-LFD)对嗜水气单胞菌快速检测方法的建立

以嗜水气单胞菌促旋酶B亚单位(gyrase subunit B,gyrB)基因为检测靶标,设计6条特异性引物和1条异硫氰酸荧光素(fluorescein isothiocyanate,FITC)标记探针,建立了嗜水气单胞菌的LAMP-LFD快速检测方法。该方法的流程可简单概括为将生物素标记的环介导等温扩增(loop-mediated isothermal amplification,LAMP)产物与FITC标记的探针进行特异性杂交,并使用横向流动试纸条(lateral flow dipstick,LFD)完成检测。经优化,LAMP最佳反应条件为63℃,反应30min,从LAMP扩增到LFD结果判读仅需40min,比常规PCR检测缩短近2h。试验结果表明,LAMP-LFD可特异性检出嗜水气单胞菌,对鳗弧菌等常见水产或食源性病原菌检测结果为阴性;其针对细菌纯培养物的检测灵敏度达2.03×101 CFU/mL或0.81CFU/反应,是常规PCR(以F3/B3为引物)的100倍;可从人工污染1×102 CFU/mL浓度的嗜水气单胞菌的鲫鱼肝组织匀浆样品中检测到细菌。嗜水气单胞菌(106 CFU)人工感染鲫鱼24h,传统的细菌分离培养方法可获得肝、肾的载菌量分别为1.2×105 CFU/g和6×103 CFU/g;利用LAMP-LFD技术可成功从鲫鱼的肝、肾组织中检测出该病原;以F3/B3为引物的PCR方法仅能从感染鲫鱼的肝组织中检测到该病原菌,表明面对实际感染样品,LAMP-LFD的检测灵敏度优于PCR方法。因此,该方法可快速、灵敏、特异地检测出嗜水气单胞菌,而且操作简单,仪器设备依赖性低,有望成为嗜水气单胞菌现场检测的常规技术手段。

偶氮染料酸性橙7脱色菌的分离、鉴定及其脱色性能研究

从活性污泥中筛选得到一株对偶氮染料酸性橙7(Acid Orange 7)具有高效脱色功能的菌株,根据16S rRNA基因序列分析鉴定,该菌属于嗜水气单胞菌属,将其命名为Aeromonas hydrophila strain JL-1.同时,研究了该菌株对偶氮染料酸性橙7的最佳脱色条件,结果表明,菌株JL-1在缺氧振荡培养条件下能对偶氮染料酸性橙7进行有效脱色;培养基、初始染料浓度、接种量、pH和NaCl浓度等环境条件对菌株JL-1脱色性能及其生长有明显影响.pH为5.0、盐度为10%、温度为30℃、转速为150 r·min^(-1)的LB(Luria-Bertani medium)培养基为菌株JL-1最佳的脱色及生长环境;在此最佳环境条件下,菌株JL-1对100 mg·L^(-1)的偶氮染料AO7在8 h的脱色率高达95%.另外,该菌株耐盐性良好,能在高达30%盐度下依然可以进行有效的生物脱色.