迟缓爱德华氏菌Ⅲ型分泌系统中EsaE分子致病机理研究

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迟缓爱德华氏菌(Edwardsiella tarda)是一种重要的革兰氏阴性病原菌,感染宿主范围广泛,包括鱼类、两栖类、爬行类及哺乳类,给水产养殖业造成了巨大的经济损失,而且E.tarda是爱德华氏菌属中唯一可以感染人的种类。Ⅲ型分泌系统(T3 SS)是E.tarda重要的致病因子,对于细菌在宿主细胞中的繁殖和其致病性至关重要。虽然T3SS基因簇的结构及部分基因的功能得到了初步研究,但其分子致病机理还未被充分阐明。本研究围绕迟缓爱德华氏菌T3SS基因簇上功能未知基因esaE(Orf13)开展研究工作,着重阐述EsaE对T3SS蛋白分泌及毒力的影响,研究的开展有助于阐明T3SS如何介导E.tarda致病力,并将为以T3SS为靶向的疫苗制备提供理论依据。  主要研究结果如下:  第一,EsaE参与迟缓爱德华氏菌的致病过程。  本研究采取基因缺失突变技术,构建了esaE基因缺失突变株。人工感染实验表明,该突变株对蓝曼龙鱼的半数致死剂量(LD50)是野生型菌株的约4倍。细菌在鱼体内存活实验表明,感染后7天,该突变株在蓝曼龙鱼体内存活率为69%,而野生型只有6%。细胞毒性检测发现,esaE基因突变后,对细胞的毒性极显著减弱。此外,还发现esaE突变株在巨噬细胞中的繁殖能力明显低于野生型,呼吸爆发指数增强。可见,esaE基因缺失突变后迟缓爱德华氏菌的毒力明显降低,故可用于下一步的减毒疫苗筛选和鉴定工作。  第二,EsaE调控T3SS输送器蛋白和效应分子蛋白的分泌。  EsaE依赖T3SS分泌,并且可以转运至宿主细胞的胞质中。esaE基因缺失后,迟缓爱德华氏菌失去自聚集能力,T3SS的输送器蛋白EseBCD和效应分子EseJ均不能分泌至胞外,效应分子EseG既不能分泌到胞外也不能被转运进宿主细胞,但这5个蛋白的胞内表达量与野生型一致。在ΔesaE突变株中过表达缺失N端2nd-15th氨基酸残基的EsaE,发现EsaEΔ2-15aa不能分泌,且T3SS的输送器蛋白和效应分子均不能分泌,但在野生型中过表达EsaEΔ2-15aa,EsaEΔ2-15aa可被分泌至胞外,可见N-端的14个氨基酸残基对EsaE的分泌不是必须的,且全长EsaE的存在是T3SS正常分泌输送器蛋白和效应分子蛋白所必须的。在ΔesaE中表达非分泌型的EsaE可以使突变株胞外蛋白的分泌恢复至野生型水平。EsaE的胞内表达量与效应分子的分泌和转运至宿主细胞呈正相关。此外,输送器蛋白编码基因eseBCD的缺失亦会影响EsaE的分泌,pull-down实验也表明EsaE与EseB有相互作用。  第三,EsaE与T3SS蛋白EsaK和EsaH有相互作用。  酵母双杂交和pull-down实验均证明EsaE与T3SS蛋白EsaK和EsaH有相互作用,且缺失EsaEN端2nd-15th氨基酸残基不影响他们之间的相互作用,EsaE影响了EsaK和EsaH的转录,esaK或esaH缺失突变后EsaE不能分泌。生物信息学分析发现EsaE与沙门氏菌SsaE,假单胞菌PscE和耶尔森氏菌YscE属于同一家族,在突变株ΔesaE中分别表达这三个蛋白均不能恢复ΔesaE的T3SS蛋白分泌。  综上所述,EsaE分泌并且能转运进宿主细胞,从细菌胞内控制T3SS效应分子的分泌和转运,且从细菌胞内控制T3SS输送器蛋白的分泌,因此在E.tarda的致病过程中发挥关键作用。
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