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细菌脂肪酸合成不同于哺乳动物或真菌。细菌脂肪酸合成过程中的缩合,还原,脱水和再还原四个反应分别由一组高度保守的单功能酶独立催化,而酰基载体蛋白(ACP)负责在不同酶蛋白之间传递脂酰链,这一反应体系被称为Ⅱ型脂肪酸合成酶系FASⅡ。由于细菌脂肪酸合成体系与哺乳动物脂肪酸合成体系的这些差异性,使得细菌脂肪酸合成系统中的酶能够作为抗菌药物开发的特异性靶点。而烯脂酰ACP还原酶催化Ⅱ型脂肪酸合成循环反应的最后一个限速步骤反-2-烯酰ACP的还原,是筛选抗菌药物的常用靶点。对烯脂酰ACP还原酶的研究不仅能够完善对脂肪酸合成的研究,而且对以烯脂酰ACP为靶点的新药研发具有指导意义。
烯脂酰ACP还原酶在大肠杆菌和肺炎链球菌等细菌中,已经有了较详尽的研究,迄今为止已经发现了四种不同烯脂酰ACP还原酶异构体的存在:烯脂酰ACP还原酶Ⅰ FabI,烯脂酰ACP还原酶ⅡFabK,烯脂酰ACP还原酶ⅢFabL和烯脂酰-ACP还原酶ⅣFabV。其中烯脂酰ACP还原酶Ⅰ FabI在大肠杆菌中研究的较为透彻,而烯脂酰ACP还原酶Ⅱ的研究则主要针对肺炎球菌的FabK。FabI是一种对triclosan敏感的烯脂酰还原酶,而FabK则是一种triclosan抗性的烯脂酰还原酶。生物信息学研究表明,粪肠球菌中存在烯脂酰ACP还原酶Ⅰ和烯脂酰ACP还原酶Ⅱ的同源序列,它们与大肠杆菌EcfabI和肺炎球菌SpfabK的同源性分别高达46.5%和68.5%,并且各自带有相应的活性中心,前者带有Tyr-(Xaa)6-Lys序列,后者带有黄素结合位点。
在此情况下,本研究围绕粪肠球菌脂肪酸的代谢,分别从体内基因互补和体外酶活性检测这两个方面进行初步探索,研究粪肠球菌EffabI和EffabK两个基因编码的蛋白在脂肪酸合成中的功能及其赋予菌株的特性,鉴定它们是否具有烯脂酰ACP还原酶的活性。
本研究利用实验室已构建的粪肠球菌的EffabI基因和EffabK基因克隆载体为模板,首先将EffabK基因中的稀有密码子突变为大肠杆菌通用密码子,然后进一步构建蛋白表达纯化用pET28b系列载体和体内互补用的pBlue系列载体和pBAD33系列载体。将pBlue系列质粒载体分别转化大肠杆菌fab腽度敏感突变株JP1111,进行遗传互补分析,显示粪肠球菌的fabI基因和fabK基因都能互补大肠杆fabI温敏突变株,使其在42℃条件下能够正常生长,初步表明粪肠球fabI基因和fabK基因可能编码烯脂酰ACP还原酶。将EffabI-pBlue和EffabK*-pBlue质粒转到野生大肠杆菌MG1655和W3110菌株中,在含有triclosan的平板上,两个基因的表达分别使得大肠杆菌对triclosan的抗性增加到2.5μg/ml和2000μg/ml,显示EffabK编码的是一种triclosan抗性的烯脂酰ACP还原酶。在抑制大肠杆菌自身Ecfab基因表达的情况下,EffabK基因能够与EffabN基因协伺互补大肠杆菌EcfabA基因,使大肠杆菌温度敏感突变株CY57在42℃回复生长,而EffabI因则不能,表明EfFabK相对于EfFabI的底物竞争能力较差。此外,为了进一步研究粪肠球fabI基因和fabK基因的功能,将pET28b系列载体转化大肠杆菌BL21菌株,表达并分离纯化了EfFabI和EfFabK两种酶蛋白。然后利用体外脂肪酸合成反应体系,检测两种烯脂酰ACP还原酶的活性及其对triclosan的敏感性,结果表明EfFabI和EfFabK均能在体外条件下催化烯脂酰ACP的还原,但二者对triclosan的抗性则差异较大。这些结果再次证明粪肠球菌EffabI编码的是一种triclosan敏感的烯脂酰ACP还原酶,而EffabK编码的是一种triclosan抗性的烯脂酰ACP还原酶。