深海热液一株枯草芽孢杆菌和一种抗脂多糖因子的鉴定与分析

1、深海热液一株枯草芽孢杆菌和一种抗脂多糖因子的鉴定与分析枯草芽孢杆菌是研究最为透彻的革兰氏阳性细菌 , 其主要应用于工业开发和 作为细胞分化研究的模型。迄今为止 , 人们对枯草芽孢杆菌的毒性知之甚少。在本研究中 , 我们从冲绳海槽的 Iheya North 热液区的水体样品中别离、鉴 定出一株对鱼类和小鼠具有致死能力的枯草芽抱杆菌(G7)。G7是NaCI依赖型、可运动和形成内生孢子的需氧菌。G7的基因组由包含4216133个碱基对的一个环状染色体组成,平均GC含量 为43.72%。G7含有4416个编码基因，COG功能分析说明，其中72.5%的基因可以 被注释到的或预测的功能 , 但 27.5%

2、的编码基因不能被注释到功能。在G7的基因组中发现了 10个23S、5S和16S核糖体RNA操纵子,86个tRNA 和14个sRNA基因,50个串联重复序列,41个小卫星,1个微卫星和42个转座子 序列。比较基因组分析说明,与枯草芽抱杆菌的野生型标准菌株 NCIB 3610T的 基因组相比,G7基因组中的许多同源基因发生了易位和倒位的现象，还存在多个 插入序列,且G7基因岛(Genomic Islands,GIs) 的数量是NCIB 3610T基因岛数 量的两倍,在G7基因岛所覆盖的所有基因中,42.5%的基因编码的是一些功能未 知的蛋白质。此外,G7的基因组中还预测到一些潜在的毒力因子，这些毒

3、力因子可能与细 菌的粘附、侵染、传播、抗吞噬和细胞内存活等功能相关。毒力实验研究说明 , 在人工感染后,G7能够引起鱼和小鼠的死亡，并且能抵抗鱼和小鼠血清的杀伤。进一步研究发现,G7在抵御不同动物血清杀伤的过程中表现出不同的策略:G7能有效地激活鱼血清的补体系统，但其外表坚实的细胞壁结构能抵御补体 膜攻击复合物的杀伤;G7不能有效地激活小鼠血清的补体系统，进而防止了补体系统的杀伤。 除此之外 ,G7 还具有在小鼠的巨噬细胞和鱼的外周血淋巴细胞中复 制的能力。综上所述,我们的研究说明G7是一株具有独特遗传特征的、有致死能力的枯草芽孢杆菌 , 这为深入了解深海热液系统中芽孢杆菌属的致病性提供了根底

4、。阿 尔文虾是深海热液区的代表性物种 , 是一种典型的深海无脊椎动物。然而, 阿尔文虾是否具有与其他无脊椎动物类似的免疫防御机制还不清楚。 我们获得了来自马努斯盆地 Desmos深海热液喷口附近的阿尔文虾 Rimicaris sp. 样品, 通过转录组学分析 , 我们发现 Rimicaris sp. 表达高丰度的抗脂多糖因子 (Anti-lipopolysaccharide factor,ALF)基因。抗脂多糖因子属于抗菌肽 (Antimicrobial peptides,AMPs) 家族, 在浅海和 陆地的无脊椎动物抵抗细菌感染的免疫防御过程中起着至关重要的作用。 尽管已 经从浅海和淡水甲壳

5、动物中鉴定出大量的ALF,但深海动物ALF的免疫功能研究仍属空白。在本研究中,我们研究了阿尔文虾ALF(RspALF1的抗感染免疫功能。序列分 析说明,RspALF1与其他物种的虾类的ALF具有51.5-62.4%的相似性，并含有 保守的 LPS结合结构域(LPS binding domain,LBD)。重组表达的RspALF1(rRspALF1和人工合成的LBD活性小肽(ALF1P1)均能识 别革兰氏阴性和革兰氏阳性细菌的细胞壁成分 ,包括脂多糖和葡聚糖等 ,并能够 通过破坏细胞壁杀死多种细菌,尤其是G7等来自深海热液区的细菌。ALF1P1在 4-37 C条件下具有较高杀菌活性，这与阿尔文虾栖息地的环境温度范围相一致。为2-4卩M,对真菌的MIC除了具有细菌杀伤活性外，ALF1P1还表现出抗真菌的活性。ALF1P1对细菌的 最低抑菌浓度 (Minimal inhibit concentration,MIC)为4-8卩MM鱼和虾的体内实验说明，rRspALF1和ALF1P1均能够有效地提高虾类抗细菌 感染的能力 , 也均能有效地阻止细菌和病毒在鱼组织中的侵染和