甲硫氨酸亚砜还原酶基因缺失的鼠伤寒沙门氏菌菌株会积累更高阶的蛋白质寡聚体,其吞噬细胞内的存活能力减弱,并且在禽类体内的定植能力也存在缺陷

《Microbial Pathogenesis》:Methionine sulfoxide reductases gene deletion strains of Salmonella Typhimurium accumulate higher order of protein oligomers, show impaired intraphagocytic survival and defective colonization in poultry

【字体: 时间:2026年02月22日 来源:Microbial Pathogenesis 3.5

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  沙门氏菌通过修复氧化型甲硫氨酸维持氧化应激下的生存能力,研究敲除不同Msr基因对蛋白质多聚体、巨噬细胞内生存、禽类肠道定植及免疫反应的影响,发现Msr基因对禽类中的定植和免疫调节起关键作用。

  
埃莎·辛哈(Esha Sinha)| 塔潘·库马尔·辛格·乔汉(Tapan Kumar Singh Chauhan)| 苏奇特拉·乌普雷蒂(Suchitra Upreti)| 拉尔赫曼盖兹瓦利·拉尔赫曼盖兹瓦利(Lalhmangaihzuali Lalhmangaihzuali)| 拉杰·萨胡(Raj Sahoo)| 西卡·比什诺伊(Shikha Bishnoi)| R·马欣丹(R. Mahindan)| 巴瓦尼·普夫瓦拉(Bhavani Puvvala)| 米蒂莱什·辛格(Mithilesh Singh)| 萨劳丁·库雷希(Salauddin Qureshi)| 马尼什·马哈瓦尔(Manish Mahawar)
印度兽医研究所(ICAR)生物标准化、细菌学和真菌学部门,伊扎特纳加尔 243122,印度

摘要

通过修复氧化的蛋氨酸(Met-SO)残基,蛋氨酸亚砜还原酶(Msrs)在沙门氏菌Typhimurium(S. Typhimurium)的存活和毒力中起着重要作用。沙门氏菌编码五种msr基因。通过生成单基因和多基因缺失突变体(ΔmsrA、ΔmsrP、ΔmsrAC、ΔmsrACP、ΔmsrACPB和ΔmsrACPBbisC),我们分析了各种msr基因(msrA、msrB、msrC、msrP和bisC)对S. Typhimurium在氧化应激下存活的相对贡献。我们评估了msr基因缺失对蛋白质寡聚化、在免疫细胞中的存活、在禽类器官中的定植以及免疫反应诱导的影响。突变菌株表现出更高水平的蛋白质寡聚体,其中ΔmsrACPBbisC菌株积累了最高水平的蛋白质寡聚体。在巨噬细胞和树突状细胞中的存活实验表明,msrA和msrC基因在S. Typhimurium在免疫细胞中的增殖中起关键作用,而msrP的贡献较小。msr突变菌株在禽类的盲肠中定植能力受损,并且会系统性地扩散到脾脏和肝脏,其程度取决于突变的数量。接种msr突变菌株的禽类表现出调节后的体液免疫和细胞免疫反应,与感染S. Typhimurium的禽类相比。这些发现强调了msr基因在S. Typhimurium在禽类中的定植和免疫反应调节中的关键作用,对于设计和开发针对S. Typhimurium的预防措施具有重要意义。

引言

世界卫生组织(WHO)2024年的优先病原体名单将非伤寒型沙门氏菌(NTS)列为高优先级病原体(https://www.who.int/publications/i/item/9789240093461)。NTS感染在兽医医学中是一个问题,因为它们具有动物源性传播潜力,对公共卫生构成威胁(Gebauer等人,2023年)。NTS每年与大约9380万例胃肠炎病例相关,导致约15.5万人死亡(Galán-Rela?o等人,2023年)。虽然超过2500种S. enterica血清型与NTS感染有关,但S. Typhimurium和S. Enteritidis是导致大多数NTS病例的主要病原体。在欧洲、美国和亚洲,S. Typhimurium是与食物相关疾病最普遍的血清型(Ménard等人,2022年)。
禽类是自然界中NTS最常见的宿主之一(Mahindroo等人,2024年)。禽类的盲肠中携带S. Typhimurium,但通常不会表现出任何症状或仅有轻微的肠炎。人类的沙门氏菌病通常与食用受污染的鸡肉和禽类产品有关(Sun等人,2021年)。因此,限制禽类中的感染可以防止沙门氏菌在人类中的传播。已经采取了多种方法来控制禽类农场中的沙门氏菌感染,包括使用抗生素、通过非致病细菌进行竞争性排除,以及选择对沙门氏菌具有更强抵抗力的鸡品种。然而,长期使用抗生素导致了抗生素耐药性的产生,对公共卫生构成了严重威胁(Pan等人,2018年)。
S. Typhimurium具有在吞噬细胞的氧化环境中存活和繁殖的能力,使其能够在盲肠中定植并在禽类器官中持续存在。在禽类免疫系统中,巨噬细胞和异嗜细胞等吞噬细胞会吞噬沙门氏菌并引发氧化爆发,产生活性氧(ROS),如超氧阴离子(O2·-)、过氧化氢(H2O2)和羟基离子(OH-)(Shaji等人,2023年)。这些氧化剂可以氧化蛋白质。蛋氨酸(Met)残基极易被氧化并转化为蛋氨酸亚砜(Met-SO)。然而,S. Typhimurium通过蛋氨酸亚砜还原酶(Msr)的活性抵抗氧化损伤。Msr将Met-SO修复为Met,从而维持ROS的稳态、蛋白质的功能,并在氧化应激条件下增强细菌的存活能力(Shome等人,2020年)。S. Typhimurium拥有五种Msrs蛋白:四种位于细胞质中(MsrA、MsrB、MsrC和BisC),一种位于周质中(MsrP)。MsrA负责修复结合在蛋白质上的和游离的Met-SO,而MsrB专门针对结合在蛋白质上的Met-R-SO。MsrC专门修复游离的Met-R-SO,BisC则处理生物素亚砜和游离的Met-SO(Denkel等人,2011, 2013;Trivedi等人,2015;Nair等人,2021)。MsrP可以修复结合在蛋白质上的和游离形式的Met-R-SO和Met-SO(Andrieu等人,2020;Shome等人,2020;Chandra等人,2023)。根据先前的研究,ΔmsrA突变体对中性粒细胞介导的杀伤敏感性增加(Trivedi等人,2015),在禽类盲肠中的定植能力降低(Sarkhel等人,2017)。类似地,ΔmsrAC突变体在巨噬细胞中的存活能力降低(Nair等人,2021),而ΔmsrACPBbisC突变体对中性粒细胞介导的杀伤非常敏感(Sahoo等人,2023)。相比之下,ΔmsrP突变体对中性粒细胞的敏感性很低(Chandra等人,2023)。如上所述,禽类是S. Typhimurium最常见的宿主。然而,各种msr基因在S. Typhimurium在禽类免疫细胞中的存活和定植中的具体贡献尚不清楚。在本研究中,我们全面评估了各种msr基因在S. Typhimurium在禽类吞噬细胞中的存活和定植中的作用。然后,我们尝试评估感染了各种msr突变体的禽类的免疫反应。

细菌菌株

S. Typhimurium E-5591菌株是从印度伊扎特纳加尔ICAR-印度兽医研究所的国家沙门氏菌中心(兽医类型)的菌库中获得的。如先前所述(Chandra等人,2024;Chandra等人,2023;Sahoo等人,2023;Nair等人,2021),制备了多种msr基因缺失菌株(ΔmsrA、ΔmsrP、ΔmsrAC、ΔmsrACP、ΔmsrACPB和ΔmsrACPBbisC)。

通过PCR和测序确认S. Typhimurium的msr基因缺失突变体

简要来说,将各种菌株涂布在Hektoen Enteric(HE)琼脂培养基上。分离出的菌落经过确认...

通过PCR和全基因组测序确认S. Typhimurium的msr基因缺失突变体

使用针对目标基因侧翼区域设计的引物,通过PCR确认了突变菌株(ΔmsrA、ΔmsrP、ΔmsrAC、ΔmsrACP、ΔmsrACPB、ΔmsrACPBbisC)中的msrA、msrB、msrC、msrP和bisC基因的缺失(表1)。在突变菌株中,引物产生了较小的扩增产物,而在野生型S. Typhimurium菌株中观察到了较大的PCR产物(补充图1-7)。PCR产物被测序并与S. Typhimurium的序列进行了比对。

讨论

S. Typhimurium是一种重要的动物源性病原体,受污染的禽类产品(如鸡蛋和肉类)是人类感染的主要来源。因此,需要找到合适的预防措施来防止这种细菌在鸡体内的定植。抵御氧化应激是S. Typhimurium在宿主体内存活的关键(Liu等人,2020)。Msrs在维持细胞内ROS稳态中起着重要作用(Nogueira,2013)。

结论

本研究表明,蛋氨酸亚砜还原酶是决定S. Typhimurium在禽类中抗氧化应激抵抗力、细胞内存活能力和毒力的关键因素。msr基因的逐渐丢失会促进蛋白质寡聚化,并严重损害S. Typhimurium在巨噬细胞和树突状细胞中的存活能力。体内分析显示,msr基因的缺失导致S. Typhimurium在禽类中的定植和系统传播能力减弱。这些发现突显了...
CRediT作者贡献声明
塔潘·库马尔·辛格·乔汉(Tapan Kumar Singh Chauhan):研究、数据分析。 拉尔赫曼盖兹瓦利·拉尔赫曼盖兹瓦利(Lalhmangaihzuali Lalhmangaihzuali):研究、数据分析。 苏奇特拉·乌普雷蒂(Suchitra Upreti):研究、数据分析。 西卡·比什诺伊(Shikha Bishnoi):研究。 拉杰·萨胡(Raj Sahoo):研究。 巴瓦尼·普夫瓦拉(Bhavani Puvvala):研究。 R·马欣丹(R Mahindan):研究方法、概念化。 米蒂莱什·辛格(Mithilesh Singh):撰写初稿、方法论、概念化。 马尼什·马哈瓦尔(Manish Mahawar):撰写、审稿与编辑、撰写初稿、监督。
未引用的参考文献
Beloin等人,2004;Kerner等人,2005。
利益声明
作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
数据可用性声明
全基因组测序数据已提交至NCBI。数据链接如下: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/bioproject/?term=PRJNA1064004
用于生成图表和统计分析的原始数据已上传至Figshare: https://figshare.com/ 相应的数据DOI如下: https://doi.org/10.6084/m9.figshare.28738040.v1 https://doi.org/10.6084/m9.figshare.28738115.v1
资助
本工作得到了印度政府生物技术部(DBT)的支持(授权号BT/PR46085/AAQ/1/894/2022),资助对象为马尼什·马哈瓦尔(Manish Mahawar)。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
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