毒素-抗毒素系统介导滞留菌形成机制

滞留菌是一类处于低代谢休眠状态的抗生素耐受细菌亚群,能够在致死性压力应激后存活下来,是抗生素治疗失败和复发性感染的主要原因之一。毒素-抗毒素系统(toxin-antitoxin system,TA)作为压力应激模块普遍存在于各种细菌中,由稳定的毒素和不稳定但可以中和毒素的同源抗毒素组成。压力情况下,第二信使(p)ppGpp激活Lon,随后大多数II型TA系统被激活,诱导滞留菌形成。同样在(p)ppGpp存在的情况下,Obg刺激hokB转录,使毒素积累,抑制细菌DNA复制、转录、翻译等重要的生理过程,驱动细菌形成滞留菌。SOS反应是激活TA系统的另一个主要途径,解除了对tisB转录的抑制,使其在细胞内积累并插入细胞膜,破坏质子动力势,降低胞内ATP水平,诱使休眠和滞留菌形成。讨论TA系统介导滞留菌形成的机制有助于提出新型抗菌策略。

毒素-抗毒素系统的作用机制及其生物学功能的研究进展

毒素-抗毒素(toxin–antitoxin)系统(简称TA系统)广泛存在于原核生物的基因组和质粒中,它们由2种基本元件组成:稳定的毒素,其作用是抑制与细菌生长相关的关键环节,如DNA的复制、mRNA的稳定性、蛋白翻译和代谢调控等;不稳定的抗毒素,可以发挥拮抗毒素的作用.在某些特定条件下,抗毒素分解或丧失拮抗毒素的作用,从而使毒素发挥作用,抑制细胞生长.迄今已经发现了8种类型的TA系统,它们的作用机制各不相同,参与多种生命活动的调控,在细菌应激反应、抵御噬菌体、细菌持留形成以及致病菌耐药性形成中发挥重要作用.此外,TA系统还被作为工具用于研发新的生物技术,应用于科学研究和疾病防治.本文将综述TA系统的作用机制及其生物学功能,并介绍TA系统相关的生物技术研发进展.

细菌毒素-抗毒素系统研究进展

毒素-抗毒素系统(TA)普遍存在于细菌和古细菌的染色体和质粒中,包括人类致病菌如结核分枝杆菌等,此系统由2个共表达的基因组成,分别编码毒素蛋白和抗毒素,毒素通常抑制细菌生长,而抗毒素则可中和毒素的毒性对细菌起保护作用。根据抗毒素的性质和TA的组成,目前已经发现有5型TA,TA中毒素对细菌发挥毒性作用的机制不同,不同TA之间又存在着错综复杂的交互作用,而且此系统在细菌中发挥的作用也一直是近年来学者们研究的热点。现对细菌TA的研究现状进行综述。

毒素-抗毒素系统在细菌生物被膜形成中的作用及调控机制

毒素-抗毒素(toxin-antitoxin,T-A)系统广泛存在于细菌基因组和质粒中,调控细菌的多种生理活动。细菌生物被膜是细菌适应应激环境(不利环境)而采取的一种生存策略,其具有极强的耐药性及免疫逃逸性,广泛存在于自然界,具有广泛的危害性,严重威胁畜禽和人类的健康。本文对不同类型的T-A系统在细菌生物被膜形成中的作用和分子机制进行综述,旨在为更好地了解和掌握细菌T-A系统在生物被膜形成中的作用和调控关系,为生物被膜的清除和控制奠定基础。

结核分枝杆菌毒素-抗毒素系统mazEF6缺失突变株的构建及其表型的初步探讨

为构建结核分枝杆菌毒素-抗毒素系统mazEF6缺失突变株,并对其表型进行初步探讨,首先用聚合酶链反应(PCR)分别从H37Rv标准株和PUC-19K质粒扩增出mazEF6基因的同源臂及卡那霉素抗性基因kan;然后应用融合PCR技术将mazEF6基因的同源臂与kan基因进行杂交拼接,获得目的融合片段,将该融合片段克隆于pMD-19T(simple)载体形成自杀质粒pMD-19T-ΔmazEF6-kan,并将自杀质粒转化至大肠埃希菌DH5α中;最后利用电穿孔技术将自杀质粒电转至H37Rv标准株中,在卡那霉素抗性改良罗氏培养基上筛选H37RvΔmazEF6缺失突变株单个菌落,提取阳性菌株全基因组DNA为模板,PCR扩增克隆片段并测序。将所获得的H37RvΔmazEF6缺失突变株进行遗传稳定性检测后,对其表型进行初步研究。结果显示,该缺失株在15代内未发生回复性突变;与野生株相比,缺失株生长速度缓慢且细菌形态短小。本研究证实,融合PCR技术便于快速获得结核分枝杆菌缺失突变株;结核分枝杆菌在缺失毒素-抗毒素系统mazEF6基因后生存能力下降,这为进一步研究毒素-抗毒素系统的作用奠定了基础。

qRT-PCR检测结核分枝杆菌毒素-抗毒素系统mazE F的表达

目的探讨结核分枝杆菌毒素基因mazF3,6,9及抗毒素基因mazE3,6,9的表达差异。方法运用实时定量PCR检测结核分枝杆菌单耐药株20株,耐多药株20株和标准株H37Rv毒素基因mazF3,6,9及抗毒素基因mazE3,6,9的表达水平;组间基因表达水平的差异用one-way ANOVA进行统计分析。结果与对照株相比较,毒素基因mazF6,9在单耐药组(11.151 9±22.317 21;8.430 6±17.978 97)及耐多药组(4.601 6±1.290 18;6.962 7±6.929 48)表达均上调且差异有统计学意义(P<0.01),mazF3基因在单耐药组及耐多药组差异无统计学意义(P>0.05),抗毒素基因mazE3在单耐药(0.360 6±0.125 27)及耐多药组(0.201 6±0.165 42)中表达均下调,差异有统计学意义(P<0.01),mazE6均无统计学意义,mazE9只有在耐多药组(0.398 9±0.376 79)中表达下调,差异有统计学意义,(P<0.01)。结论毒素基因mazF6,9抗毒素基因mazE3,9可能参与了结核分枝杆菌的耐药形成,具体机制尚待进一步的研究。

双歧杆菌Ⅱ型毒素-抗毒素系统-MazEF的分子进化分析

目的:对双歧杆菌属编码的Ⅱ类毒素-抗毒素(TA)系统MazEF进行分子进化分析。方法:利用PSI-BLAST在NCBI中搜索获得双歧杆菌编码的MazF分子序列,在NCBI蛋白数据库、核酸数据库分别下载其他菌属基因组编码的MazF蛋白序列和本研究所涉及菌属的16 S rRNA序列,应用Clustal X2和MEGA4软件对Maz F做分子进化分析。结果:共搜索到双歧杆菌株染色体编码毒素蛋白MazF 26个。分子进化分析显示:整个双歧杆菌属的MazF保守性不好;MazF与16 S rRNA的共进化仅在个别菌种中发现,大部分MazF的聚类结果与相应菌种16 S rRNA的聚类结果不同。结论:双歧杆菌中的TA系统MazEF可能是通过基因的水平转移整合入基因组中,属于菌株非核心基因组部分。

细菌中Ⅰ型毒素-抗毒素系统的研究进展

毒素-抗毒素系统是广泛存在于细菌和真菌细胞内的一对小型遗传控制元件,毒素基因编码稳定的蛋白质分子,抗毒素基因编码的则是稳定性较差的蛋白质或者是具有调控功能的RNA.人们对于毒素分子在细胞内的生物靶标、分子结构与功能、体内调节机制等进行了大量的研究,不仅揭示了毒素-抗毒素的生理功能,而且为多种生物技术中的应用提供了新的素材.目前发现共有5大类型的毒素-抗毒素系统,其中Ⅰ型毒素-抗毒素系统的抗毒素分子为调节型RNA,可以通过多种不同途径与毒素蛋白质的mRNAs结合从而中和毒素的细胞毒性.Ⅰ型毒素-抗毒素系统以其独特的调节性RNA的调控方式,成为目前毒素-抗毒素研究中的重要热点.本文将对目前Ⅰ型毒素-抗毒素系统的研究进展进行综述,并对其可能的应用前景进行展望.

细菌毒素-抗毒素系统的研究进展

毒素-抗毒素系统(toxin-antitoxin system,TA)由两个共表达的基因组成,其中一个基因编码不稳定的抗毒素蛋白(antitoxin),另一个基因编码稳定的毒素蛋白(toxin).毒素-抗毒素系统最早发现于一些低拷贝的质粒,用来维持低拷贝质粒在菌群中的稳定存在.随后的研究表明,毒素-抗毒素系统广泛存在于细菌,包括一些致病菌的染色体上.在营养缺乏等不良生长条件下,由于基因表达的抑制和蛋白酶的降解作用,不稳定的抗毒素蛋白减少,从而产生游离的毒素蛋白,导致细菌的生长抑制和死亡.毒素-抗毒素系统的生理功能目前还存在争议,有学者认为细菌染色体上的毒素-抗毒素系统可以在不良生长状况下介导细菌的死亡,即细菌程序性细胞死亡(bacterial programmed cell death).但也有证据显示,毒素-抗毒素系统的功能更偏向于应激状态下的生理调节方面,即只起应激状态下的抑菌作用而不是杀菌作用.对细菌生长调控中毒素-抗毒素系统的作用机理进行综述,并探讨毒素-抗毒素系统研究的理论和应用价值.

乳酸菌中毒素-抗毒素系统研究进展

毒素-抗毒素系统(toxin-antitoxin system,TAS)是广泛存在于细菌和古细菌中的一类小型功能基因。目前已发现的TAS分为五大类型。超过75种乳酸菌(lactic acid bacteria,LAB)中的TAS被测定,TAS调控基因(改变细菌鞭毛类型、控制毒素毒性等)、应激环境下调节细菌代谢、在高浓度抗生素作用下形成持留细胞等调控机制已有较深入研究。本文概述近年来TAS分类发展及乳酸菌中TAS的研究情况,为深入研究乳酸菌中TAS并应用于食品工业提供理论依据。

结核分枝杆菌毒素-抗毒素系统与生物膜

结核分枝杆菌(Mycobacterium tuberculosis)是引起结核病的病原菌。其处于持续生存的休眠状态时,可导致长期无症状感染,称为结核潜伏感染。研究显示,结核分枝杆菌染色体中存在大量"毒素-抗毒素系统"(toxin-antitoxin system,TAS),某些TAS在潜伏感染中发挥作用,可调节细菌生长和诱导细菌进入休眠状态;某些TAS参与生物膜形成和应激反应,但其影响生物膜形成的机制尚未阐明。生物膜中的结核分枝杆菌对多种抗结核药物耐药,且能抵抗宿主免疫系统防御;休眠状态的结核分枝杆菌对抗结核药物通常也是耐受的,给结核病治疗带来了巨大挑战。本文就近年来结核分枝杆菌TAS与生物膜的研究及抗结核药物对生物膜形成的影响进行综述。

毒素-抗毒素系统介导持留菌形成机制的研究进展

毒素-抗毒素(toxin-antitoxin,TA)系统是广泛存在细菌基因组上的由两个基因组成的操纵子,分别编码稳定的毒素蛋白和不稳定的抗毒素,其中毒素蛋白具有多种生物学功能。持留菌是指能够耐受高浓度抗生素或不利环境的一类细菌,它们同样具有TA系统。现就毒素-抗毒素系统介导持留菌形成机制的研究进展作一综述。

四对结核分枝杆菌毒素-抗毒素系统基因功能的初步研究

目的探讨结核分枝杆菌毒素-抗毒素(toxin-antitoxin,TA)系统中的4对基因的功能,为研究结核分枝杆菌的传播机制提供基础科学数据。方法选取结核分枝杆菌TA系统VapBC家族中4对基因,包括VapC 4个毒素基因(Rv1720c、Rv2103c、Rv2494和Rv3408)和VapB4个抗毒素基因(Rv1721c、Rv2104c、Rv2493、Rv3407),在大肠杆菌和耻垢分枝杆菌中分别构建严谨型阿拉伯糖诱导质粒体系及乙酰胺诱导穿梭质粒体系观察VapC对细菌生长的抑制作用,及其对应的VapB解除抑制作用。结果在大肠杆菌和耻垢分枝杆菌的实验结果一致,Rv2103c具有一定抑制作用和Rv2104c具有消除抑制作用,其余3对毒素-抗毒素基因未见到明显的对细菌生长的抑制和消除抑制的作用。结论成功构建了VapBC家族在大肠杆菌及耻垢分枝杆菌中的表达体系,并发现了一对TA系统基因对细菌生长的抑制和消除抑制的作用。

毒素-抗毒素系统对微生物活的非可培养状态形成的影响研究进展

毒素-抗毒素(toxin-antitoxin,TA)系统广泛存在于微生物中,由稳定的毒素和不稳定的同源抗毒素组成,参与应激反应并可调控微生物生长。活的非可培养(viable but non-culturable,VBNC)状态是某些微生物在不良环境中形成的一种休眠状态,处于VBNC状态的微生物在常规培养基上不生长,但VBNC细胞仍具有代谢活性,且在适宜条件下能够恢复可培养性,因此VBNC状态的食源性致病菌对食品安全和人类健康构成潜在威胁。本文综述了TA系统和微生物VBNC状态形成关系的研究,进一步提出了TA系统对微生物VBNC状态形成的可能影响机制,以期为VBNC状态形成机制的研究提供一定参考。

Shewanella oneidensis内源性大质粒上ParE-ParD家族毒素-抗毒素系统(SO_A0088-A0087)的鉴定

毒素-抗毒素系统在原核生物中分布十分广泛,在细菌的生命活动中扮演了重要的角色,如维持水平基因转移元件的稳定性以及应对环境胁迫等。然而目前对于来自生态环境菌株中的毒素-抗毒素系统的研究仍较少。文章鉴定了自然水体环境来源的菌株ShewanellaoneidensisMR-1携带的内源性大质粒上的一对ParE-ParD家族Ⅱ型毒素-抗毒素系统SO_A0088-A0087。毒素SO_A0088在大肠杆菌以及原宿主S. oneidensis内均具有明显的细胞毒性,并导致细胞分裂存在缺陷。抗毒素SO_A0087能够完全拮抗毒素的毒性。同时,凝胶电泳迁移率实验(electrophoretic mobility shift assay,EMSA)证实抗毒素SO_A0087能够结合自身的启动子。另外,文章还通过易错突变的方法找到了毒素SO_A0088的3个毒性关键位点。

两种蓝细菌中7对毒素-抗毒素系统的分析和鉴定

蓝细菌(cyanobacteria)是一类能进行放氧光合作用的原核生物。蓝细菌生长速度较快,几乎存在于所有的陆地和水生环境中。毒素-抗毒素(toxin-antitoxin,TA)系统在原核生物中分布十分广泛,在细菌的生命活动中扮演了重要的角色如维持水平基因转移元件的稳定性以及应对环境胁迫压力等。已有的基因组分析表明,蓝细菌基因组中含有大量潜在的毒素-抗毒素系统,但是目前对蓝细菌毒素-抗毒素系统的实验鉴定仍较少。本文分别以淡水和海水代表菌株集胞藻PCC6803(Synechocystis sp.PCC6803)和聚球藻WH7803(Synechococcus sp.WH7803)为研究对象,对二者基因组上的毒素-抗毒素系统进行预测,并选取预测结果中的7对潜在的毒素-抗毒素系统进行实验验证。结果表明,集胞藻PCC6803的两对毒素-抗毒素系统BAD01932-1933和BAA18559-New ORF7中的毒素具有明显的细胞毒性。本文的研究结果有助于后续对蓝细菌毒素-抗毒素系统及其生态和生物学功能的研究。

毒素-抗毒素系统的调控、生理功能及应用

毒素-抗毒素(toxin-antitoxin,TA)系统是由抗毒素及其同源毒素组成的小遗传元件,毒素可以抑制细胞生长或诱导细胞死亡,抗毒素则可以中和毒素的毒性。根据TA系统的组成和抗毒素的作用方式,TA系统可分为Ⅰ~Ⅷ型共八类,其中Ⅱ型TA系统存在最广泛,调控机制研究得最清楚。TA系统可以维持质粒等遗传元件的稳定性,同时在压力应激、促进生物膜形成、维持细菌致病力、抗噬菌体等方面都扮演着重要角色。研究TA系统的调控与生理功能能丰富人们对于生物多样性的认知,对于微生物资源的开发和利用具有重要的科学意义与应用价值。基于毒素和抗毒素的特点,TA系统被应用于生物医学领域和生物技术领域。本文综述了TA系统的分类、调控机制、生理功能和应用并简单描述了TA系统目前研究面临的问题和未来展望。

原核生物毒素-抗毒素系统的研究进展

毒素-抗毒素系统(toxin-antitoxin system,简称TA系统)广泛存在于原核生物(细菌和古菌)的基因组中,通常TA系统由毒素和抗毒素两部分组成,毒素发挥毒性抑制细菌生长,抗毒素可以解除抑制,它们通过体内的调控作用来对细菌或古菌的生长活动进行调节。研究发现,TA系统根据其性质及抗毒素中和毒素的方式不同可以分为8种类型Ⅰ~Ⅷ,不同类型的TA系统之间又存在着错综复杂的交互作用,而且此系统在细菌中发挥的作用也一直是近年来学者们研究的热点。现就TA系统的最新分类、TA系统的功能以及应用作一概述。

原核生物Ⅶ型毒素-抗毒素系统研究进展

毒素-抗毒素(toxin-antitoxin,TA)系统是普遍存在于细菌、古细菌及原噬菌体中的遗传元件,通常由分别编码毒素和编码抗毒素的基因组成。毒素在细菌细胞中较为稳定,而抗毒素则容易被降解。大多数毒素为蛋白并具有酶的活性,通过影响蛋白质的翻译、DNA的复制等重要生命活动从而对细菌产生毒性,抑制细菌生长。抗毒素为蛋白质或非编码RNA,通过极其多样的方式,中和毒素的毒性。目前发现TA在调控质粒拷贝数、流产性感染、生物被膜的形成等过程中发挥着重要作用。随着研究的不断深入,新型TA不断被发现,极大地促进了我们对于TA的认识。目前TA已经扩展到I‒Ⅷ型,本文总结了近期发现的新型TA,并重点介绍了最新发现的Ⅶ型TA及其特殊的中和机制。由于TA与病原微生物的致病性密切相关,因此,深入研究这些TA可以为耐药微生物的治疗提供新的靶点。

高致病性2型猪链球菌毒素-抗毒素系统SezAT的鉴定与活性研究

【目的】对我国高致病性2型猪链球菌05Z33基因组的89K毒力岛序列进行生物信息学分析,发现存在一对与化脓链球菌Epsilon-zeta(ε-ζ)同源的Ⅱ型毒素-抗毒素系统(Toxin-antitoxin system,TA)——SezAT,推测该系统具有稳定89K毒力岛使其不易丢失的作用。验证SezAT为有活性的TA系统。【方法】对SezAT进行了生物信息学分析;RT-PCR验证SezAT共转录特性;在大肠杆菌中选择性地诱导表达毒素蛋白SezT和抗毒素蛋白SezA;最后通过同源重组技术敲除SezAT系统。【结果】sezAT由同一操纵子控制,SezT可抑制细菌生长,SezA可中和SezT的毒性作用,同源重组成功获得sezT敲除突变株。【结论】证实SezAT为一对有活性的毒素-抗毒素(TA)系统,为进一步研究SezAT可能发挥稳定89K毒力岛的功能,同时获得89K毒力岛缺失突变株并深入认识89K在我国高致病性SS2中的作用奠定了基础。