YPO2785调控鼠疫耶尔森氏菌生物被膜形成和毒力的分子机制研究

Yersinia pestis is the pathogen that causes the strong infectious plague. In our previous work, YPO2785 was newly discovered as a global regulator, and it has no related report yet. In this study, a large number of biofilm- and virulence-related phenotype experiments will be systematically characterized for the effects on Yersinia pestis biofilm formation and virulence by YPO2785, and YPO2785 regulon will be screened and identified by RNA-seq, bioinformatics, and other omics technology, and biofilm- and virulence-related genes will be further chosen as the subjects, and the precise molecular mechanism on biofilm- and virulence-related genes by YPO2785 will be in depth analyzed. The final dataset will help us to gain a deeper understanding of how YPO2785 regulates Yersinia pestis biofilm formation (promoting the transmission by fleas) and virulence (mammalian pathogenicity) through controlling the expression of biofilm- and virulence-related genes.

鼠疫菌是引发烈性传染病鼠疫的病原菌。YPO2785是一个我们新发现的鼠疫菌整体调控子，目前尚无任何相关报道。本研究运用大量生物被膜及毒力相关表型实验系统分析了YPO2785对鼠疫菌生物被膜形成及毒力的影响，并利用RNA-seq、生物信息学等组学研究技术筛选、鉴定YPO2785调控元，从中进一步筛选重要的生物被膜基因与毒力基因作为研究对象，结合经典的基因调控实验手段深入研究YPO2785调控生物被膜基因及毒力基因的精确分子机制。汇总表型与分子实验数据，认识YPO2785是如何通过调控鼠疫菌生物被膜基因与毒力基因的表达，从而实现对鼠疫菌生物被膜形成（促进经蚤传播）及毒力（哺乳动物致病）的调控。

背景：鼠疫耶尔森氏菌（简称“鼠疫菌”）是引发重大传染病鼠疫的病原菌。鼠疫菌经跳蚤传播时会在蚤体前胃处形成致密的生物被膜从而促进鼠疫菌传播给新宿主。鼠疫菌在进化过程中除保留了大多数与假结核菌共有的毒力因子外，还获得了一些特有的毒力因子，帮助鼠疫菌更好地抵抗免疫反应、破坏宿主细胞及在宿主体内生存、繁殖、致病。鼠疫菌经由跳蚤传播至哺乳动物体内，其生存环境如温度、pH值、渗透压、氧、碳源等均发生巨大改变，在宿主体内生存、繁殖及侵袭、致病的过程中鼠疫菌必然会受到单个或多个信号的协同刺激，接受到这些信号后鼠疫菌内相应的生物被膜及毒力相关的转录因子通过调节大量生物被膜形成及毒力决定因子的转录表达来实现对鼠疫菌生存、繁殖、传播、侵袭与致病的有效控制。我们前期工作中发现了一个全新的鼠疫菌转录调控子YPO2785，目前关于YPO2785尚且无任何研究报道。主要研究内容：1、研究YPO2785对鼠疫菌生物被膜表型和毒力表型的影响。2、鼠疫菌ypo2785基因表达特征研究。3、鼠疫菌WT、Δypo2785菌株比较转录组及YPO2785调控元分析。4、YPO2785调控鼠疫菌生物被膜基因和毒力基因的精细分子机制研究。重要结果：1、ypo2785基因缺失后不影响鼠疫菌生长。2、ypo2785基因缺失后鼠疫菌体外和体内形成生物被膜能力均显著降低，且合成c-di-GMP胞内第二信使分子的能力也显著降低，表明了调控子YPO2785可以通过促进胞内第二信使分子c-di-GMP的合成来增强鼠疫菌的生物被膜形成能力。3、ypo2785基因缺失后鼠疫菌经皮下和静脉感染小鼠的毒力均增强，但YPO2785对于鼠疫菌静脉入血后侵袭各脏器的能力无显著差异。4、YPO2785可以通过激活hmsHFRS、hmsT、hmsCDE、waaAE-coaD的转录表达来促进鼠疫菌生物被膜形成，可以通过抑制psaABC、psaEF的转录表达来抑制鼠疫菌毒力。关键数据及其科学意义：本研究证实了YPO2785是鼠疫菌的重要整体调控子，可以通过调控鼠疫菌生物被膜形成因子编码基因和毒力因子编码基因来影响其致病性和传播性，为“通过控制传播途径来防控鼠疫”策略的实施奠定理论基础。