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文檔簡介
1、貝氏柯克斯體(Coxiella burnetii,簡稱Cb)是一種革蘭氏陰性、專性胞內(nèi)寄生菌,是引起人類Q熱的病原體[1-3]。Cb主要通過氣溶膠[4]、蜱蟲叮咬等途徑,在人與動物之間進行傳播,是已知的感染性最強的病原體之一,也是一種潛在的生物戰(zhàn)劑[5]和生物恐怖劑[6]。
研究發(fā)現(xiàn):已知的Cb分離株中均含有一種質(zhì)粒(QpH1[7]、QpRS[8]、QpDG[9]、QpDV[10,11])或者整合到Cb基因組的質(zhì)粒同源序列(I
2、PS[8,12]);Cb質(zhì)粒編碼多個IV型分泌系統(tǒng)效應(yīng)蛋白[13,14],這些蛋白分泌到宿主細胞質(zhì)后,參與調(diào)控細胞功能[15]。長期以來,Cb質(zhì)粒(包括IPS)被認為可能是菌體生長或胞內(nèi)寄生所需的關(guān)鍵因子,又或者可能跟Cb的環(huán)境耐受和所引起的疾病種類(急性Q熱或慢性Q熱)相關(guān)。由于培養(yǎng)困難及缺少Cb質(zhì)粒的遺傳操作方法,Cb質(zhì)粒及其編碼基因的生物學(xué)功能和致病機制均缺乏研究。近年來,無生命培養(yǎng)基ACCM[16,17]培養(yǎng)Cb方法的建立,推動
3、了Cb的遺傳學(xué)研究進展,為研究Cb基因的功能創(chuàng)造了機遇。
本論文參考國外已有的Cb遺傳操作方法[18,19],通過基因工程技術(shù)構(gòu)建Cb穿梭載體,建立了Cb的遺傳轉(zhuǎn)化方法;利用質(zhì)粒相似不兼容機制[20-22],成功構(gòu)建了Cb內(nèi)源質(zhì)粒QpH1缺失突變體,并在體內(nèi)、外對Cb質(zhì)粒缺失突變體的表型和毒力變化等進行了初步的探討;利用基因敲除和定點突變等技術(shù),對Cb內(nèi)源質(zhì)粒QpH1的復(fù)制與分裂調(diào)控區(qū)進行了深入的探討。
第一章,基于
4、E.coli質(zhì)粒pMMB207[23],構(gòu)建含RSF1010 ori的貝氏柯克斯體自主穿梭載體,建立貝氏柯克斯體轉(zhuǎn)化系統(tǒng)。首先,利用PCR技術(shù)分別擴增綠色熒光蛋白基因(eGFP)、卡那霉素抗性基因(KanR)、Cb組成型表達基因啟動子P311和P1169四段序列,以及含RSF1010 ori的載體骨架p207;然后,用融合PCR技術(shù)將四段序列融合為“P311-eGFP-P1169-KanR”串聯(lián)序列;最后,用限制性核酸內(nèi)切酶Kpn I和
5、Xho I酶切“P311-eGFP-P1169-KanR”串聯(lián)序列,連接至同樣雙酶切的載體骨架p207上,構(gòu)建穿梭載體p207GK。將穿梭載體 p207GK電轉(zhuǎn)化至Cb Grita II相株,用無生命培養(yǎng)基ACCM-2進行連續(xù)傳代培養(yǎng),利用倒置熒光顯微鏡觀察eGFP基因的表達,傳代至eGFP基因高表達時,用單層半固體“ACCM-2/Kan/瓊脂”平板克隆分純Cb轉(zhuǎn)化株;結(jié)果成功構(gòu)建了自主的Cb穿梭載體,獲得了穩(wěn)定表達eGFP的Cb轉(zhuǎn)化株
6、,并完成了克隆分純。表明我們成功建立了Cb遺傳轉(zhuǎn)化系統(tǒng),為后續(xù)用遺傳學(xué)方法研究Cb奠定了基礎(chǔ)。
第二章,生物信息學(xué)分析本室Cb Grita II相株質(zhì)粒全長序列,確定該質(zhì)粒為QpH1(GeneBank Accession No.AE016829),BLAST比對分析發(fā)現(xiàn)該質(zhì)粒的CBUA0036~CBUA0039a序列片段在IPS中缺失,但在4種質(zhì)粒(QpH1,QpRS,QpDG,QpDV)中存在且高度保守,推測該段序列可能是調(diào)
7、控Cb質(zhì)粒復(fù)制與分裂的功能區(qū),包含復(fù)制起始位點序列和相關(guān)質(zhì)粒分裂調(diào)控蛋白基因。利用PCR擴增技術(shù),從質(zhì)粒QpH1上擴增獲得包含CBUA0036~CBUA0039a序列的片段,作為同源型質(zhì)粒的骨架(命名為pQ);同時利用融合PCR擴增技術(shù),使 eGFP基因、KanR基因、P311和P1169啟動子,以及pUC ori序列融合,形成“P311-eGFP-P1169-KanR-pUC ori”串聯(lián)序列;把串聯(lián)序列亞克隆至載體骨架pQ上,構(gòu)建新
8、型穿梭載體pQGK。將新型穿梭載體pQGK電轉(zhuǎn)化至Cb Grita II相菌中,用含Kan的無生命培養(yǎng)基ACCM-2進行連續(xù)傳代培養(yǎng),通過熒光顯微鏡進行觀察。結(jié)果發(fā)現(xiàn)新型穿梭載體pQGK能在Cb中穩(wěn)定地傳代,熒光激發(fā)下使Cb轉(zhuǎn)化菌呈現(xiàn)綠色熒光,這說明新型穿梭載體pQGK上的CBUA0036~CBUA0039a序列片段含有pQGK質(zhì)粒的復(fù)制起始位點序列(ori)。對轉(zhuǎn)化菌克隆分純后,用QpH1質(zhì)粒特異性引物對Cb克隆株進行PCR鑒定,未能
9、檢測到QpH1質(zhì)粒,說明Cb克隆株中的QpH1質(zhì)粒已經(jīng)丟失,獲得了Cb內(nèi)源質(zhì)粒QpH1缺失突變株CbGrita II/pQGK;利用SYBR Green絕對定量Q-PCR技術(shù)分別測定Cb野生株中QpH1質(zhì)粒和突變株Cb Grita II/pQGK中pQGK質(zhì)粒的相對拷貝數(shù),發(fā)現(xiàn)QpH1與pQGK質(zhì)粒都只有單拷貝;以上數(shù)據(jù)說明QpH1與pQGK質(zhì)粒具有相同的復(fù)制與分裂調(diào)控機制,兩者在Cb中不能共存,表明CBUA0036~CBUA0039a
10、這段序列能嚴(yán)格地調(diào)控質(zhì)粒QpH1的復(fù)制、分裂及相似不兼容。用Q-PCR技術(shù)測定突變株Cb Grita II/pQGK在細胞外(ACCM-2)和細胞內(nèi)(BGM)的增殖能力,發(fā)現(xiàn)突變株和野生株無論是在囊泡形成與生長,還是在Cb菌體增殖方面,均無明顯無差別,這結(jié)果提示Cb質(zhì)粒QpH1的大部分序列(CBUA0001~CBUA0034a,>85%)與Cb在胞內(nèi)和胞外的正常生長無關(guān)。通過體內(nèi)(SCID小鼠)和體外(THP-1細胞)實驗發(fā)現(xiàn)突變株的毒
11、力下降,提示QpH1質(zhì)粒是Cb的一個毒力因子。
第三章,以穿梭載體pQGK為基礎(chǔ),深入探索CBUA0036~CBUA0039a這段序列調(diào)控QpH1質(zhì)粒復(fù)制和分裂的機制。通過基因敲除或序列刪除的方法,對穿梭質(zhì)粒pQGK上的CBUA0036~CBUA0039a這段序列進行不同程度地刪減,構(gòu)建一系列穿梭載體pQGK的突變體,命名為pQGK-D1~pQGK-D17。將這些穿梭載體分別電轉(zhuǎn)化至Cb Grita II,用含Kan的ACCM
12、-2培養(yǎng)基進行連續(xù)傳代培養(yǎng),通過熒光顯微鏡進行觀察,當(dāng)eGFP基因高表達時,對Cb轉(zhuǎn)化菌進行克隆分純;之后對Cb克隆株進行PCR鑒定分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)只有14個穿梭載體(pQGK-D1~pQGK-D14)能成功轉(zhuǎn)化Cb并穩(wěn)定傳代;序列比較分析顯示,只需含最短為600 bp的序列(介于CBUA0036和CBUA0037之間)即可使穿梭載體pQGK-D14在Cb內(nèi)穩(wěn)定地傳代,而含更短序列片段的穿梭載體(pQGK-D15~pQGK-D17)無法獲
13、得Cb轉(zhuǎn)化菌,說明這段600 bp的序列包含Cb質(zhì)粒QpH1的復(fù)制起始位點序列(ori)。隨后對已經(jīng)克隆分純的Cb克隆菌進行PCR鑒定,發(fā)現(xiàn)穿梭載體pQGK-D1和pQGK-D5均能敲除Cb Grita II內(nèi)源質(zhì)粒QpH1;穿梭載體pQGK-D7~-D8、pQGK-D11~-D14與QpH1質(zhì)粒共存,到目前為止,以上結(jié)果表明QpH1質(zhì)粒的復(fù)制、分裂和相似不兼容,除了復(fù)制起始位點(ori)外,還受到其它未知因子的調(diào)控(實驗進行中,詳細結(jié)
14、果待補充)。
第四章,在前期研究的基礎(chǔ)上,利用基因克隆技術(shù),把穿梭載體pQGK上的KanR基因替換成RifR基因,構(gòu)建新型穿梭載體pQGR,并電轉(zhuǎn)化Cb Grita II及克隆分純。在ACCM-2培養(yǎng)基中培養(yǎng)時,發(fā)現(xiàn)在相同時間內(nèi),pQGR轉(zhuǎn)化株Cb Grita II/pQGR的增殖能力比pQGK轉(zhuǎn)化株Cb Grita II/pQGK要明顯下降;感染BGM后,結(jié)果發(fā)現(xiàn)在胞內(nèi)只能形成細小的空泡,未能進一步發(fā)展成經(jīng)典的大空泡,且Cb
15、菌體增殖能力明顯下降;感染THP-1細胞后,無空泡形成,亦未能檢測到Cb菌體在細胞內(nèi)增殖。上述結(jié)果說明,RifR基因的表達產(chǎn)物ADP-核糖基化酶在Cb內(nèi)可能具有核糖基化作用,影響Cb正常的生物合成,使Cb減毒,對Cb感染細胞后空泡的發(fā)展和菌體增殖具有顯著的抑制作用,表明RifR基因不適合作為Cb遺傳轉(zhuǎn)化研究中的藥物篩選標(biāo)記。
綜上所述,本研究成功構(gòu)建了基于RSF1010 ori的自主穿梭載體p207GK,并利用該穿梭載體建立了
16、Cb的遺傳轉(zhuǎn)化系統(tǒng);隨后,成功構(gòu)建了與Cb質(zhì)粒QpH1具有同源序列(CBUA0036~CBUA0039a)的新型穿梭質(zhì)粒pQGK,并利用該穿梭載體成功敲除Cb內(nèi)源質(zhì)粒QpH1,獲得QpH1質(zhì)粒缺失突變體;對CBUA0036~CBUA0039a這段序列進行深入的研究后,發(fā)現(xiàn)QpH1質(zhì)粒的復(fù)制起始位點序列區(qū);此外,實驗過程中還發(fā)現(xiàn)RifR基因編碼產(chǎn)物ADP-核糖基化酶對Cb的生物合成具有顯著的影響,不適合用來作為Cb遺傳轉(zhuǎn)化的藥物篩選標(biāo)記。
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