肠出血性大肠杆菌噬菌体裂解酶LysBM1高穿透性功能域解析及其机制研究

Enterohemorrhagic Escherichia coli have threatened public health and food security seriously. The phage lysin can effective and specific kill bacteria but cannot penetrate the outer membrane of gram negative bacteria. Our previous study showed that LysBM1, produce strong cell penetrating activities and lysozyme activities. In our present study, we will in-depth analysis of LysBM1 cell penetrating domain, identify LysBM1 high penetrating functional domain. Then the penetrating amino acids in the penetrating domain were determined by analyzing the interaction between the outer membrane proteins and the outer membrane proteins. Then, using nuclear magnetic resonance, we further clarify the exact cell penetrating mechanisms of LysBM1, to elucidate the mechanism of LysBM1 penetration through the outer membrane of bacteria and LysBM1 in the same segment with penetrating and lytic enzyme like functional domains. There is no doubt that the present study could get some excellent alternatives for designing new gram negative bacteria lysin.

肠出血性大肠杆菌（EHEC）常引起严重的公共卫生及食品安全问题，然而耐药等现状的频现，尚缺乏有效安全防控手段。天然的噬菌体裂解酶可高效杀菌，但因其无法穿透细菌外膜而使其应用受到限制。然而，在前期获得的裂解酶LysBM1能够有效抑制EHEC且具备独特的体外高效穿透能力。分析发现LysBM1裂解酶样功能域中具有碱性helix-loop-helix样穿透功能域，但其穿透EHEC外膜机制尚不清楚，本课题拟在LysBM1二级结构及蛋白整体水平分析细菌外膜穿透活性，鉴定穿透性功能域；定点突变该功能域，结合细菌外膜与蛋白互作分析，明确功能域关键氨基酸；核磁共振分析该功能域和LysBM1蛋白结构，结合分子动力学模拟揭示LysBM1穿透功能域打开细菌外膜方式，阐明LysBM1穿透细菌外膜机制。该研究成果将丰富裂解酶作用细菌外膜的机制，为高效裂解酶设计提供思路和理论基础，为裂解酶在杀菌中的广泛应用奠定基础。

肠出血性大肠杆菌（EHEC）常引起严重的公共卫生及食品安全问题，然而耐药等现状的频现，尚缺乏有效安全防控手段。天然的噬菌体裂解酶可高效杀菌，但因其无法穿透细菌外膜而使其应用受到限制。然而，在前期获得的裂解酶LysBM1能够有效抑制EHEC且具备独特的体外高效穿透能力,穿透效率86%。分析发现LysBM1裂解酶样功能域中具有碱性helix-loop-helix样穿透功能域，并且该裂解酶具有强体外活性，MIC为86±6μg/ml，通过本项目的研究明确helix-loop-helix高穿透性功能域关键位点及与细菌外膜结合位点为转角处碱性氨基酸（77R\87K）。阐明LysBM1穿透细菌外膜机制为革兰氏阴性菌裂解酶的设计提供思路和理论基础，拓宽噬菌体裂解酶的应用范围。在此基础上，本项目研制的裂解酶LysBM1对超级耐药大肠杆菌同样具有高效的抑菌效果，以本项目研发的裂解酶LysBM1研制安全高效生物消毒剂-噬菌体生物消毒剂,在2019-2020年帮助推广应用单位新增利润233.27万元,具备广阔的应用前景。本研究成果丰富裂解酶作用细菌外膜的机制，为高效裂解酶设计提供思路和理论基础，为裂解酶在杀菌中的广泛应用奠定基础。