小分子膜蛋白Y2155调控鼠疫菌生物被膜形成的分子机制

Yersinia pestis, the cause of plague, is transmitted by flea bite. Y. pestis forms a biofilm in the proventriculus of its flea vector to enhance transmission. Biofilm formation is controlled by the intracellular levels of the second messenger molecule cyclic diguanylate (c-di-GMP) in Y. pestis. HmsD, a diguanylate cyclase (DGC) involved in synthesis of c-di-GMP, regulates biofilm formation in Y. pestis. Our preliminary data suggests Y2155, a predicted small membrane protein, positively regulates biofilm formation dependent on HmsD. Using molecular biological techniques and phenotype assays, we will investigate the regulatory mechanism of Y2155 on HmsD and elucidate how the small membrane protein Y2155 regulates biofilm formation. Therefore, our study will be helpful not only to unravel the role of small membrane protein Y2155, but also to understand the regulatory mechanism of biofilm formation and provide a theoretical basis for control of bacterial infection and transmission.

耶尔森氏菌（Yersinia pestis，以下简称“鼠疫菌”）是引起鼠疫的病原菌，它一般通过带菌的跳蚤（媒介）叮咬宿主进行传播，而鼠疫菌生物被膜的形成是影响它在跳蚤体内生存和经蚤传播的关键性因素。申请者在前期研究中发现一个新的小分子蛋白Y2155，可正向调控生物被膜的形成。在此基础上，本研究拟通过蛋白定位、蛋白互作、基因突变以及表型检测等实验，从基因转录水平和蛋白水平来探究小分子膜蛋白Y2155调控二鸟苷酸环化酶HmsD，调节体内c-di-GMP浓度，进而影响生物被膜形成的作用机制。最终旨在阐明小分子膜蛋白Y2155调控鼠疫菌生物被膜形成的分子机制，完善鼠疫菌体内c-di-GMP的代谢网络和生物被膜调控网络，为防治由生物被膜引起的细菌感染和传播提供重要的理论依据。

耶尔森氏菌（Yersinia pestis，以下简称“鼠疫杆菌”）是引起鼠疫的病原菌，它一般通过带菌的跳蚤（媒介）叮咬宿主进行传播，而鼠疫杆菌生物被膜的形成是影响它在跳蚤体内生存和经蚤传播的关键性因素。胞内第二信使——环二鸟甘酸（c-di-GMP）的升高可促进生物被膜的形成。我们通过体外构建高表达质粒文库的方法，获得80000个克隆，从中筛选发现一个新的含有96个氨基酸的小分子蛋白Y2155，可正向调控鼠疫杆菌生物被膜的形成。体外实验表明：对比野生型菌株，高表达Y2155菌株生物被膜形成增高表型明显；HPLC-MS检测显示Y2155高表达可引起胞内c-di-GMP浓度升高；当负责合成c-di-GMP的鸟苷酸环化酶HmsD缺失时，Y2155作用消失；Y2155的C55S、C77S突变可导致生物被膜形成增高表型消失。跳蚤体内实验表明：相较于HmsD对鼠疫杆菌引发跳蚤食道阻塞的至关重要，Y2155缺失不影响鼠疫杆菌在跳蚤体内定殖、形成生物被膜从而引发食道“阻塞”。我们还建立高效质粒编辑系统，可作为工具应用于鼠疫杆菌的质粒构建及信号通路基因筛选。本研究未能阐明Y2155调控HmsD的分子机制，揭示了Y2155在体内、体外两种状态下对鼠疫杆菌形成生物被膜能力的调控与否，丰富了不同环境信号下c-di-GMP的代谢网络和生物被膜调控网络，为防治由生物被膜引起的细菌感染和传播提供重要的理论依据。