Разнообразные биологические функции PhoP/PhoQ в Pseudomonas plecoglossicida: влияние на реакцию на стресс и вирулентность

Pseudomonas plecoglossicida — патогенная бактерия, вызывающая заболевание, известное как «болезнь белых пятен внутренних органов», у различных видов рыб, что приводит к значительным экономическим потерям в аквакультуре. Двухкомпонентная система PhoP/PhoQ играет важную роль в регуляции реакций бактерий на внешние раздражители и в контроле экспрессии генов, связанных с вирулентностью. Однако её функции в P. plecoglossicida остаются недостаточно изученными. В этом исследовании мы сосредоточились на изучении влияния гена phoQ на биологические характеристики этой бактерии, её реакцию на стресс и патогенность.

Цели исследования

Целью данного исследования было создание штамма с делецией гена phoQ (ΔphoQ) и комплементированного штамма (C-ΔphoQ) для изучения их биологических характеристик и влияния на вирулентность и адаптацию к окружающей среде.

Методология

1. Создание штаммов:
- Штамм с нокаутом гена phoQ (ΔphoQ) был создан на основе дикого типа (NZBD9) без добавления маркеров резистентности.
- Комплементированный штамм (C-ΔphoQ) был создан для проверки функции гена phoQ.

2. Эксперименты по оценке роста и двигательной активности:
- Сравнение роста и двигательной активности между штаммом дикого типа (NZBD9), штаммом ΔphoQ и комплементированным штаммом (C-ΔphoQ).

3. Тесты на стресс:
- Оценка реакции штамма ΔphoQ на кислотную среду, низкий уровень магния и полимиксин B.

4. Анализ экспрессии генов:
- Сравнительный анализ РНК-последовательностей для определения изменений в экспрессии генов между штаммами.

5. Эксперименты по заражению:
- Исследование вирулентности штамма ΔphoQ при заражении гибридного морского окуня (Epinephelus fuscoguttatus × E. lanceolatus).

Результаты

1. Влияние на рост и двигательную активность:
- Штамм ΔphoQ продемонстрировал значительные нарушения в росте и двигательной активности по сравнению с диким типом (NZBD9).

2. Реакция на стресс:
- Отсутствие гена phoQ негативно сказалось на способности бактерии адаптироваться к кислотной среде, низкому уровню магния и полимиксину B, что указывает на его важность в стресс-реакциях.

3. Анализ экспрессии генов:
- В штамме ΔphoQ было подавлено 486 генов и активировано 216 генов по сравнению с NZBD9. Подавление касалось генов, связанных со сборкой жгутиков, двухкомпонентными системами, системами секреции III типа и бактериальным хемотаксисом.
- Активность генов, участвующих в ABC-транспорте, транспорте ионов магния, системах секреции VI типа и проницаемости мембран, была повышена.

4. Вирулентность:
- В экспериментах по искусственному заражению штамм ΔphoQ показал значительно сниженную вирулентность с LD50 3,931 × 10^4 КОЕ/мл по сравнению с диким типом.

Обсуждение

Полученные результаты указывают на то, что система PhoP/PhoQ играет ключевую роль в регуляции адаптивности к окружающей среде и патогенности P. plecoglossicida. Нокаут гена phoQ приводит к значительным нарушениям в росте, реакции на стресс и снижению вирулентности, что подтверждает его важность для жизнедеятельности бактерии.

Несмотря на то, что система PhoP/PhoQ была тщательно изучена на примере кишечных патогенов человека, её роль в патогенах рыб, таких как P. plecoglossicida, требует дальнейшего изучения. Это исследование впервые освещает вирулентность и регуляторные функции системы PhoP/PhoQ в P. plecoglossicida, открывая новые перспективы для понимания патогенеза и разработки методов борьбы с этой опасной бактерией в аквакультуре.

Данные исследования подчеркивают важность гена phoQ в P. plecoglossicida как критического фактора, влияющего на вирулентность и адаптацию к стрессам окружающей среды. Результаты могут быть использованы для разработки новых стратегий контроля инфекций и повышения устойчивости рыб к патогенам.


Исследование: Aquaculture Reports