唾液乳杆菌Ren抗胆盐胁迫反应机制及转录因子TF0225在胆盐胁迫应激中的作用

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唾液乳杆菌是人体肠道内的原籍菌,具有多种益生功效。肠道内的胆盐具有杀菌作用,能够破坏细菌的细胞膜结构,造成蛋白质错误折叠和DNA氧化损伤,因此能够耐受生理条件下的胆盐胁迫是唾液乳杆菌在人体内发挥益生作用的必要条件。本研究采用转录组学与蛋白组学相结合的手段,对长寿老人源Lactobacillus salivarius Ren胆盐胁迫反应中的差异表达基因和蛋白质进行分离鉴定,并对其中关键转录因子及其靶基因进行功能分析,实验结果为全面揭示L. salivariusRen的胆盐胁迫应激机制提供理论基础,研究内容如下:(1) L. salivarius Ren胆盐胁迫条件下转录组和蛋白组图谱的建立。将L. salivarius Ren在含有0.07%牛胆盐(Oxgall)的MRS中进行培养,应用基于第二代高通量测序的RNA-Seq方法筛选了192个转录水平显著变化的基因(log2 fold_change≥1.5,p<0.001),其中47个基因的转录水平上调,145个基因下调。同时采用蛋白质双向电泳(2-DE)和质谱鉴定分离了44个胞内可溶性差异表达蛋白点(fold_change≥1.25,p<0.05),其中表达丰度上调的蛋白点15个,下调29个;并且31个蛋白点在翻译水平和转录水平同时呈现上调或下调。结果表明L. salivarius Ren的胆盐胁迫响应是一个复杂的调控网络。(2)生物信息学分析预测L. salivarius Ren的胆盐胁迫应激机制。利用Uniprot、KEGG及NCBI等数据库分析差异表达基因和蛋白质的功能及参与的代谢通路,提出了L. salivarius Ren的胆盐胁迫应激机制,主要包括:对麦芽糖和甘油的利用加强,加速糖酵解以提高能量物质的产生;增加赖氨酸与苏氨酸的合成,以加强对细胞表面的修饰提高细胞膜的稳定性;转运蛋白的合成上调以加速胆盐的泵出;提高分子伴侣与氧化还原酶的合成,应对胆盐造成的蛋白变性和氧化损伤;基因转录和翻译、细胞分裂增殖及脂肪酸合成等进程减慢;通过转录因子及双组分系统调控细胞生理变化,以适应胆盐胁迫环境。(3)转录因子TF0225在L. salivarius Ren胆盐胁迫应激中的调控机制。将TF0225在L.salivarius Ren中进行同源超量表达,胆盐耐受实验表明转录因子超量表达菌株对0.5%胆盐的耐受能力是对照菌株的23倍。进一步利用细菌单杂交和MEME工具预测了TF0225的DNA结合位点保守基序STKGMCA,并通过Target Explorer在L. salivarius Ren中筛选了16个TF0225的靶基因。采用RT-qPCR分析了关键靶基因.oppA的转录水平,结果表明转录因子超量表达菌株中oppA的转录水平显著下调2.33倍,证实了TF0225对oppA的负调控作用。(4)靶基因oppA在L. salivarius Ren胆盐胁迫抗性中的功能分析。将oppA基因在L. salivariusRen中进行同源超量表达,胆盐耐受实验表明oppA超量表达的重组菌株对0.5%胆盐的耐受能力是对照菌株的20倍。单一成份胆盐(GCA、GDCA、TCA和TDCA)的耐受实验表明OppA可赋予重组菌株对牛磺酸结合胆盐特异的抗性。此外,OppA的超量表达还可显著提高L. salivarius Ren对高盐(7.5% NaCl)及高温(55。C)胁迫的耐受能力。这些结果表明OppA在L. salivarius Ren对抗多重胁迫的过程中发挥保护作用。综上所述,本研究首次采用了转录组学和蛋白组学相结合的方法,全面分析了L. salivariusRen胆盐胁迫条件下基因与蛋白的差异表达情况,为揭示L. salivarius的胆盐胁迫应激机制提供了新的依据。
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