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基因编辑敲除东北民猪肠源干酪乳杆菌嘧啶合成基因PyrR降低益生菌抗菌和免疫调节作用精选

已有 5252 次阅读 2024-10-1 11:19 |个人分类:学术软文|系统分类:论文交流

干酪乳杆菌具有抗菌、竞争性黏附、免疫调节和抑制细菌毒素等四种可能的益生菌作用。但通过遗传学、代谢组学、蛋白质组学和干酪乳杆菌的细菌信号转导等多角度，研究肠道益生菌在复杂的肠道微生物环境中发挥上述益生作用，如何精准解析益生菌的多种益生作用机制现阶段国际上并无理想的方案。基因组编辑的乳酸菌和无菌动物为解析上述问题提供理想的细胞信号通路研究模型。

基于此，东北农业大学和黑龙江省农业科学院原院长/书记刘娣研究员、姜新鹏副教授及其学生陈少俊博士从东北唯一地方保护猪种东北民猪肠道内分离获得干酪乳杆菌，利用基因编辑技术缺失嘧啶合成调控基因PyrR，探究在益生菌嘧啶合成缺失的情况下，是否会影响益生菌抗菌和免疫调节功能。

研究内容与结果

为了揭示干酪乳杆菌核苷酸代谢反应与病原菌抑制和免疫调节机制的关系，我们选择促进嘧啶生物合成的重要调控因子PyrR基因，并利用CRISPR-Cas9D10A工具成功构建了PyrR缺失菌株。PyrR缺陷品系的基本生物学特性发生了一些变化，如生长下降、营养不良和形态损伤。PyrR缺陷菌株和野生菌株的上清代谢谱显示，在减少嘧啶生物合成的过程中，其他代谢途径的代谢调节对嘧啶合成是互补的。此外，PyrR缺陷菌株显著丧失了抑制病原菌生长的特性。我们进一步鉴定了调节嘧啶生物合成的PyrR，这进一步改善了巨噬细胞的内化和共定位。

机制图：干酪乳杆菌分泌表达嘧啶类似物发挥抗菌益生作用

图. 通过CRISPR-Cas9技术敲除干酪乳杆菌中PyrR基因，使基因编辑细菌中嘧啶的表达含量下调。干酪乳杆菌通过分泌的嘧啶类似物抑制病原微生物的生长。

干酪乳杆菌PyrR基因缺失后的抗菌活性研究

如表1所示，研究人员通过平板抑菌实验，以枯草芽孢杆菌、金黄葡萄球菌、沙门氏菌3株常见致病菌作为抑菌对象，评价干酪乳杆菌中调节嘧啶合成基因PyrR的抑菌能力。结果表明，PyrR能够影响干酪乳杆菌的抑菌能力，说明嘧啶是影响干酪乳杆菌抑菌能力的关键。

表1.干酪乳杆菌中调控嘧啶表达基因PyrR对致病菌的拮抗作用。

(1. PBS溶液；2. 抗生素；3. L.casei上清液；4. L.casei ΔPyrR上清液)

嘧啶代谢物影响小鼠腹腔巨噬细胞分化的能力

如图所示，嘧啶合成基因PyrR缺失干酪乳杆菌菌株与腹腔巨噬细胞共培养，以正常干酪乳杆菌为对照，探究嘧啶代谢物对小鼠腹腔巨噬细胞分化的影响。结果表明，L.casei和L.caseiΔPyrR均能诱导小鼠腹腔巨噬细胞分化，与L.casei ΔPyrR组相比，L.casei在12h和24h均能显著诱导巨噬细胞分化，表明嘧啶代谢物是干酪乳杆菌诱导小鼠腹腔巨噬细胞分化的关键调控分子。