高毒力肺炎克雷伯菌通过外膜囊泡介导毒力因子转移至耐药肺炎克雷伯菌及宿主细胞的机制研究

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研究背景和目的高毒力肺炎克雷伯菌(Hypervirulent Klebsiella pneumoniae,hvKp)是临床上臭名昭著的病原性细菌,可以引起严重的原发性和转移性脓肿。高毒力耐药肺炎克雷伯菌在全球范围内的传播已有报道,对临床抗感染治疗带来巨大挑战。然而,导致兼具高毒力和耐药表型肺炎克雷伯菌分离株在世界范围内流行的具体机制尚不十分清楚。革兰氏阴性菌分泌的外膜囊泡(Outer membrane vesicles,OMVs)是种内和种间传递效应分子的重要载体,也是一种独特的水平基因转移方式。本研究旨在探索高毒力肺炎克雷伯菌外膜囊泡(hvKp-OMVs)是否可以作为载体在菌-菌及菌-宿主细胞间转移毒力因子,阐明高毒力耐药肺炎克雷伯菌产生的新机制,为hvKp-OMVs在高毒力肺炎克雷伯菌诊断治疗中的应用奠定基础。研究内容与方法1.hvKp-OMVs分离纯化及鉴定表征对hvKp分泌的OMVs进行分离纯化,然后通过透射电镜(Transmission electron microscopy,TEM)、纳米颗粒跟踪分析(Nanoparticle tracking analysis,NTA)等技术对OMVs进行鉴定与表征。2.hvKp-OMVs关键毒力因子的提取与鉴定对hvKp-OMVs基因组DNA、质粒及蛋白进行提取,检测毒力基因,筛选相关功能蛋白。3.体外水平探索hvKp-OMVs介导毒力基因在菌株间传递将hvKp-OMVs与耐药肺炎克雷伯菌共转化48小时。鉴定转化株后,通过荚膜黏度实验、荚膜多糖含量测定实验、拉丝试验、毒力基因检测实验(Polymerase chain reaction,PCR)及药敏实验检测转化成功。4.分析转化株在小鼠感染模型中的毒力表达水平使用C57BL/6野生型(Wildtype,WT)小鼠作为动物模型,通过尾静脉注射菌株,血流感染小鼠,测定转化菌株的毒力水平。5.体外水平分析hvKp-OMVs诱导的免疫应答特性分析hvKp-OMVs作用于宿主细胞(RAW264.7细胞):(1)细胞活性氧(Reactive oxygen species,ROS)及一氧化氮(Nitric oxide,NO)分泌量;(2)interleukin(IL)-6、interleukin(IL)-8 及 tumour necrosis factor(TNF)-α 等细胞因子的表达水平;(3)细胞凋亡。6.体内水平分析hvKp-OMVs诱导的免疫应答特性使用C57BL/6野生型(Wild type,WT)小鼠作为动物模型,尾静脉注射hvKp-OMVs,对小鼠靶脏器切片进行苏木精—伊红染色(Hematoxylin-eosin,HE)染色观察炎性细胞浸润情况。研究结果1.高毒力肺炎克雷伯菌可以分泌外膜囊泡(hvKp-OMVs),经过TEM及NTA表征其具有外膜囊泡的典型结构和粒径。2.hvKp-OMVs含有与母体菌株一致的特征性毒力基因prmpA、iroB。3.hvKp-OMVs蛋白表达谱显示,hvKp-OMVs含有丰富的功能蛋白。4.hvKp-OMVs传递毒力调控基因到耐药肺炎克雷伯菌,导致耐药肺炎克雷伯菌毒力表达增强。5.hvKp-OMVs传递功能蛋白到宿主细胞(RAW264.7细胞),诱导炎性反应及细胞凋亡。研究结论高毒力肺炎克雷伯菌可以分泌外膜囊泡。外膜囊泡含有毒力调控基因和功能丰富的蛋白。外膜囊泡可以携带毒力基因转移至耐药肺炎克雷伯菌,导致耐药肺炎克雷伯菌毒力表达增强,阐述了高毒力耐药肺炎克雷伯菌产生的新机制。外膜囊泡可以携载功能蛋白与巨噬细胞RAW264.7相互作用,诱发炎性反应及细胞凋亡。
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