- 研究背景
豬鏈球菌Streptococcus suis(SS)是一種主要的豬病原體,它能夠導致多種疾病,包括腦膜炎、敗血癥、心內膜炎以及猝死等。同時該病菌也被證實能夠使人類發(fā)生感染。SS共有30多種血清型,其中SS9是其中比較流行的一種,該菌經常能在包括中國在內多個國家的患病豬中被檢測到。SS擁有大量的毒力因子,但是其發(fā)病機制尚不明確。南京農業(yè)大學的陸承平教授在研究中發(fā)現(xiàn)了SS9-LysM在SS致病過程中的重要作用。
陸教授在2014年的一項研究中通過比較蛋白質組學發(fā)現(xiàn)N端具有一個溶解酶元件(lysin motif,LysM)的蛋白可能是一個潛在的毒力因子。為了確定SS9-LysM在SS致病過程中的作用,陸教授團隊通過SS9-LysM突變及對照菌株在小鼠中進行相關實驗,證實了SS9-LysM在SS治病過程中的關鍵作用。并通過轉錄組測序的方式比較了突變菌株及對照菌株處理后,小鼠血液中相關基因的表達情況,分析得到了差異表達基因以及對應的GO富集分析情況。在后續(xù)驗證實驗中探明了SS致病過程中SS9-LysM的作用機制。該研究結果最近以“AStreptococcus suis LysM domain surface protein contributes to bacterial virulence”為題發(fā)表于權威學術期刊《Veterinary Microbiology》(2016 187:64)。烈冰生信團隊在轉錄組測序及生信分析方面給予了有力的支持。
文章通過轉錄組測序,分析了CD-1小鼠分別經突變菌株ΔSS9-LysM以及正常菌株GZ0565處理后,血液中的差異表達基因,并做了GO富集分析。最終得到結論:SS9-LysM可以通過調節(jié)鐵離子結合相關蛋白的表達,從而使宿主釋放更多鐵離子促進SS在宿主體內的存活并起到致病作用。通過前期實驗發(fā)現(xiàn)SS9-LysM能夠在SS的致病過程中發(fā)揮一定的功能,然后分別通過SS9-LysM突變的菌株ΔSS9-LysM和對照菌株GZ0565感染CD-1小鼠,抽取血液,提取RNA,進行轉錄組測序。
我們對兩個處理組進行比較,并深入分析,尋找與SS9-LysM可能有關的差異基因以及生物學過程。
對差異基因GO富集分析:
1)差異基因的GO分析結果,可以發(fā)現(xiàn)差異基因主要富集在與鐵離子結合相關的GO條目中,并且在突變菌株對應的上調基因中,有20%(13/65)的基因編碼了鐵離子結合蛋白。
對分析結果進行生理實驗和qPCR驗證:
1)用GZ0565、ΔSS9-LysM和ΔSsads(另一種重要的毒力因子)三種菌株對CD-1小鼠進行腹腔注射,并收集血液檢測游離的鐵離子濃度,結果顯示對照菌株處理的小鼠血液中的鐵離子濃度比ΔSS9-LysM處理組高,而對照菌株與ΔSsads處理后小鼠血液中鐵離子濃度基本一致。
2)給予CD-1小鼠分別靜脈注射重組蛋白Ssads、SS9-LysM以及PBS,發(fā)現(xiàn)注射SS9-LysM蛋白的小鼠血液中含有更高的鐵離子濃度。
3)qPCR實驗驗證,包括2個下調基因以及7個上調基因,qPCR結果與RNA-seq結果一致,證明了測序結果的可靠性。
根據上述分析結果并結合生理實驗及qPCR實驗的驗證,作者得出了如下結論:SS9-LysM可以通過調節(jié)鐵離子結合相關蛋白的表達,從而使宿主釋放更多鐵離子促進SS在宿主體內的存活并起到致病作用。
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