乳酸菌的抗噬菌體機制課件

乳酸菌抗噬菌體機制

乳酸菌噬菌體種類及特征噬菌體侵染乳酸菌過程乳酸菌中的宿主防御系統(tǒng)控制噬菌體措施可行性分析問題與展望

乳酸菌噬菌體種類

噬菌體同其他類型病毒一樣，對宿主細胞有著很強的依賴性和專一性。乳酸菌類型的紛繁復雜，必然導致其噬菌體種類的復雜性。根據(jù)乳酸菌噬菌體尾部形態(tài)，可分為三類：Myoviridae，Podoviridae，Siphoviridae。乳酸菌噬菌體的形態(tài)LAB噬菌體的頭部大小基本相同，形態(tài)為正多面體或橢圓型，尾部一般有不能伸縮和能伸縮兩種狀態(tài)。乳酸菌噬菌體的基因組成

LAB噬菌體DNA均為dsDNA，很少有非編碼基因。基因大小為18-55kb（也有的可達134kb）。較小的噬菌體的基因組通常有基因重疊的現(xiàn)象。G＋C含量37％（乳球菌）～48％（干酪乳桿菌）已確定的噬菌體的基因組以及有重要功能的基因序列PhageGenomicregionHostc2(lytic)entiregenomeL.lactissk1(lytic)entiregenomeL.lactisTuc2009(temperate)entiregenomephageencodedresistance(PER)L.lactis?DT1(temperate)entiregenomeS.thermophilus?01205(temperate)entiregenomeS.thermophilus噬菌體侵染乳酸菌過程

同其他病毒入侵細胞過程基本相同，乳酸菌烈性噬菌體從最初接觸菌體到最終釋放也經(jīng)歷了吸附、DNA侵入、復制及裝配、釋放四個基本過程。乳酸菌噬菌體的溶原和溶菌感染過程乳酸菌的宿主防御系統(tǒng)

DNA侵入裝配和包裝蛋白質(zhì)合成mmDNA復制噬菌體吸附R/M系統(tǒng)干擾噬菌體吸附阻止噬菌體DNA的注入流產(chǎn)感染系統(tǒng)干擾噬菌體吸附BIMs抑制噬菌體吸附機制：宿主中編碼細胞壁上同吸附相關的碳水化合物和部分質(zhì)膜蛋白質(zhì)的基因發(fā)生了突變。質(zhì)粒的抑制噬菌體吸附機制：合成細胞表面抗原，產(chǎn)生碳水化合物。干擾噬菌體吸附的乳球菌質(zhì)粒PlasmidSize（kb）HostMechanismpSK11252L.cremorisSK11EPSpCI52846L.cremorisUC503EPSpCI65858L.cremorisHO2EPSp2520L37.5L.lactisP25SurfaceantigenpKC5080L.lactis57150SurfaceantigenpAH9090L.lactisbiovar.BIM阻止噬菌體DNA的注入

噬菌體成功吸附到細胞表面的受體后，噬菌體與質(zhì)膜間發(fā)生了耗能、依賴鈣離子、不可逆的相互作用，使噬菌體DNA進入細胞質(zhì)。有研究表明一種膜蛋白——Pip（phageinfectionprotein）分離自Lactococcuslactisssp.LactisC2，同噬菌體吸附有關。推斷它具有一個跨膜區(qū)，且在氨基末端有一個分泌信號。它的自發(fā)突變體能夠阻止噬菌體DNA的注入。質(zhì)粒編碼的噬菌體注入阻止系統(tǒng)：pNP40，基因座沒確定。限制修飾系統(tǒng)（R/M系統(tǒng)）

宿主細胞內(nèi)至少存在兩種酶：限制性內(nèi)切酶（R）及甲基化酶（M）。進入宿主細胞的噬菌體DNA大部分被限制酶水解掉，而自身DNA由于被甲基化酶修飾而免于被水解。事實上許多噬菌體DNA在面對這樣的宿主防御系統(tǒng)時會產(chǎn)生許多應急策略，如酶切位點的減少、堿基的修飾、產(chǎn)生抑制宿主限制性內(nèi)切酶活性的蛋白甚至獲得甲基化基因。限制修飾系統(tǒng)（R/M系統(tǒng)）迄今為止已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了30種左右限制修飾基因，其中絕大部分位于某些質(zhì)粒上，少部分位于染色體上。Wilson及Murray于1991年根據(jù)酶結構的復雜性和DNA序列將R/M系統(tǒng)分為四類：I型、II型、III型和IV型R/M系統(tǒng)。限制修飾系統(tǒng)（R/M系統(tǒng)）的作用R/M系統(tǒng)的多樣性以及它們質(zhì)粒之間的交聯(lián)，表明它們可以自發(fā)的發(fā)揮作用，而且可以通過系統(tǒng)組合而獲得更高的噬菌體抗性。有研究表明，R\M系統(tǒng)能夠影響質(zhì)粒的整合和原生質(zhì)體轉(zhuǎn)化頻率。流產(chǎn)感染系統(tǒng)此系統(tǒng)可以全面干擾噬菌體復制、轉(zhuǎn)錄、翻譯、包裝等過程，能導致受侵染細胞提前死亡、噬菌體不能成熟釋放，發(fā)生流產(chǎn)感染。迄今為止已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了20多種Abi基因，根據(jù)它們在噬菌體DNA復制以前或以后作用，將其分為早期和晚期系統(tǒng)。同R\M相似，大多數(shù)為質(zhì)粒編碼，少數(shù)為染色體編碼，如AbiH和AbiN基因，即分別是從L.lactisssp.lactis和L.lactisssp.cremoris的染色體上發(fā)現(xiàn)的。

減少噬菌體危害的傳統(tǒng)方法GMP體系應用：包括優(yōu)良菌種的應用、培養(yǎng)過程的嚴格消毒、封閉發(fā)酵罐等方法。抑制噬菌體培養(yǎng)基的應用：這些培養(yǎng)基中含有磷酸鹽或檸檬酸鹽等可以結合Ca2+的物質(zhì)，能阻止噬菌體的吸附；也有人研究了對培養(yǎng)基進行熱處理和添加生物素對噬菌體生長的影響，有一定的參考意義。抗噬菌體突變株（BIMs）的選育：由暴露在高水平噬菌體環(huán)境中的菌株自發(fā)突變形成，通常在編碼受體的基因位點發(fā)生變異所致，可以明顯的阻止噬菌體DNA進入宿主細胞。但由于這種突變體的抗噬菌體范圍狹窄、易發(fā)生回復突變、產(chǎn)風味特性易變異等缺陷而限制了其應用。一些有效的現(xiàn)代方法

接合性質(zhì)粒的應用基因重組反義RNA技術

基因重組

編碼I型R\M系統(tǒng)中的hsdS的質(zhì)粒轉(zhuǎn)移：將僅含有編碼hsd基因的質(zhì)粒，轉(zhuǎn)移到含有不同的hsd基因座的乳球菌中，可以使宿主細胞獲得新的R/M特性，這種方法更適合用來防御突變的噬菌體的侵染。噬菌體編碼的抗性系統(tǒng)：一種類似于流產(chǎn)感染的、可利用噬菌體復制起始基因ori來控制噬菌體繁殖的系統(tǒng)。噬菌體編碼的抗性系統(tǒng)重組體同復制因子大量結合，從而導致同噬菌體結合的復制因子的減少抑制其復制XXXDNA復制結合位點宿主/噬菌體蛋白質(zhì)噬菌體復制起始XX重組體質(zhì)粒

DNA噬菌體

DNAori將噬菌體復制起始基因ori連接到高拷貝質(zhì)粒上導入乳酸菌中，當外界噬菌體侵入時，由于質(zhì)粒上的噬菌體ori比單獨的噬菌體ori有更好的結合復制因子的能力，導致質(zhì)粒的大量拷貝限制了噬菌體的繁殖。復制因子反義RNA技術

它利用噬菌體非編碼鏈，通常是保守基因的轉(zhuǎn)錄。將反義DNA與可大量增殖的表達載體相連，然后使其在宿主細胞中大量擴增，表達出的反義RNA與侵入宿主的噬菌體DNA或mRNA相配對，達到抗噬菌體目的。反義RNA的作用機制反義RNA與mRNA的SD序列的上游非編碼區(qū)結合后引起核糖體結合位點區(qū)域的二級結構發(fā)生改變，因而阻止了核糖體的結合。反義RNA技術的局限性

它要求在設計反義鏈之前對目標噬菌體的基因序列有所了解?？故删w效果同選擇的噬菌體DNA序列和此基因序列的轉(zhuǎn)錄水平以及轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的反義RNA的濃度相關。問題與展望