铜绿假单胞菌antABC操纵子的生物学效应分析

在铜绿假单胞菌中,色氨酸可通过KynABU犬尿氨酸途径被转化邻氨基苯甲酸,邻氨基苯甲酸进一步作为底物在烷基喹诺酮类化合物(alkylquinolones,AQs)合成基因簇pqsABCDE的作用下被转化为AQs信号分子,包括2-庚基-3-羟基-4-喹诺酮(Pseudomonas quinolone signal, PQS)和2-庚基-4-喹诺酮(2-heptyl-4-hydroxyquinoline, HHQ)。同时,邻氨基苯甲酸还能在邻氨基苯甲酸双加氧酶复合物AntABC的催化下被降解进入三羧酸循环,但AntABC在铜绿假单胞菌中所介导的生物学效应依然不清楚。【目的】构建铜绿假单胞菌antABC的缺失突变株,并对该突变株的表型进行分析。【方法】以铜绿假单胞菌PAO1为亲本菌株,通过同源重组的方法构建antABC缺失突变株,研究该操纵子对铜绿假单胞菌色氨酸降解、生物被膜形成、绿脓菌素合成、运动性和毒力等的影响。【结果】缺失突变antABC或kynU均完全抑制了铜绿假单胞菌以色氨酸为唯一碳源的生长,而ΔpqsA则无该表型,说明antABC是铜绿假单胞菌降解色氨酸所必需的,并且在本研究指定的培养条件下KynABU-AntABC途径是该菌降解色氨酸的唯一途径。除了影响铜绿假单胞菌的色氨酸降解,缺失突变antABC通过诱导胞外多糖合成操纵子pel的表达进而促进铜绿假单胞菌生物被膜的形成,还通过诱导绿脓菌素合成操纵子phz1和phz2的表达进而促进铜绿假单胞菌绿脓菌素的合成。缺失突变antABC还促进了铜绿假单胞菌的集群运动和蹭行运动。另外,进一步缺失突变pqsA则完全逆转ΔantABC的这些生理表型。因此,antABC对这些生理表型的调控依赖于AQs。然而缺失突变antABC确实使铜绿假单胞菌积累了更多的HHQ,但却抑制了PQS的合成。说明antABC对这些生理表型的调控主要依赖于HHQ。此外,缺失突变antABC还增强了铜绿假单胞菌对白菜和大蜡螟幼虫的毒力,但是进一步缺失突变pqsA只能部分逆转ΔantABC的这一毒力表型,同时缺失突变antABC也使铜绿假单胞菌积累了更多的邻氨基苯甲酸,因此缺失突变antABC对铜绿假单胞菌毒力的增强作用应该由HHQ和邻氨基苯甲酸共同介导。最后,生物信息学分析发现超过90%的铜绿假单胞菌临床分离株中antABC操纵子发生了错义突变,因此antABC有望作为判断铜绿假单胞菌临床分离株是否具有高毒力的生物标志物。【结论】AntABC在铜绿假单胞菌的色氨酸降解、生物被膜形成、绿脓菌素合成、运动性和毒力等方面都发挥着重要的作用,这为针对铜绿假单胞菌的临床诊断和抗菌药物开发奠定了基础。