2018-07-24
近期，派森諾生物(wu)與南京農業大學合作，在Frontiers in Microbiology上發表(biao)了假單胞菌NMC25對氣調包裝（MAP）綜合反應(ying)的轉(zhuan)錄組分析的文章。
研究背景
假(jia)單胞(bao)菌(jun)(jun)（Pseudomonas，假(jia)單胞(bao)菌(jun)(jun)屬），是導(dao)致有氧冷藏的(de)(de)(de)肉(rou)(rou)(rou)類(lei)腐壞的(de)(de)(de)主要微(wei)(wei)生(sheng)物(wu)，造成肉(rou)(rou)(rou)類(lei)物(wu)理損壞，異味(wei)產生(sheng)和(he)(he)粘液形(xing)成。莓(mei)實假(jia)單胞(bao)菌(jun)(jun)（Pseudomonas fragi）目前被(bei)認為(wei)是假(jia)單胞(bao)菌(jun)(jun)屬中主要的(de)(de)(de)成員。除(chu)了(le)吸收肉(rou)(rou)(rou)類(lei)的(de)(de)(de)營(ying)養外，P. fragi在用(yong)于肉(rou)(rou)(rou)類(lei)生(sheng)產的(de)(de)(de)冷鏈中很(hen)容易(yi)增殖。 此外，P. fragi促進幾種(zhong)食(shi)源(yuan)性(xing)病(bing)原體的(de)(de)(de)生(sheng)長和(he)(he)存活，如金(jin)黃色葡萄球菌(jun)(jun)和(he)(he)單核細(xi)胞(bao)增生(sheng)李斯特菌(jun)(jun)。
環(huan)境(jing)變化(hua)對(dui)微(wei)生(sheng)物的生(sheng)物學功能具有顯著(zhu)影響(xiang)，高通量測序的開發有助于人們進一步了解細菌對(dui)不同環(huan)境(jing)的分子反應。多項(xiang)研究表明MAP的應用(yong)可抑制假單胞(bao)菌的致(zhi)腐潛(qian)力(li)。作者(zhe)通過將假單胞(bao)菌NMC25置于不同的空氣條件下，比較其(qi)轉(zhuan)錄(lu)組(zu)譜結果來判定MAP對(dui)NMC25代謝的作用(yong)。
研究(jiu)材料
實驗材料 | 重復次數 | |
Air samples： 接種在(zai)雞(ji)胸肉上(shang)的(de)NMC25菌株 | 3 | |
MAP samples：接(jie)種(zhong)在雞胸肉上(shang)的NMC25菌株 | 3 | |
包裝(zhuang)氣(qi)體條(tiao)件 | 儲存溫度 | 取(qu)樣(yang)時間（后指數期） |
正常空氣(Air) | 15℃ | 1.5天后(Air) |
70% N2+30% CO2(MAP) | 15℃ | 3.5天后(hou)(MAP) |
Figure 1 Packing conditions under MAP
研究方法
研究結果
Part 1 差(cha)異基(ji)因(yin)鑒定及富(fu)集(ji)分析
Figure 2 Volcano plot of genes expressed differentially between MAP and air samples
RNA-Seq在(zai)正常空氣環境中與(yu)MAP環境中的(de)(de)(de)(de)NMC25菌株中共鑒定到(dao)559個差異表(biao)達(da)的(de)(de)(de)(de)基因(yin)(yin)（DEGs），包(bao)含52個轉錄調控因(yin)(yin)子。差異顯(xian)著的(de)(de)(de)(de)基因(yin)(yin)主要(yao)與(yu)假(jia)定蛋(dan)白、NADH氧(yang)化還(huan)原酶、趨(qu)化蛋(dan)白、脂多糖生物(wu)合(he)(he)(he)成(cheng)、水(shui)解酶活(huo)性和(he)肽聚(ju)糖生物(wu)合(he)(he)(he)成(cheng)等相(xiang)關。編碼參與(yu)NADH氧(yang)化還(huan)原酶，能動性和(he)附(fu)著力，以及運輸方面的(de)(de)(de)(de)基因(yin)(yin)表(biao)達(da)在(zai)MAP下(xia)受到(dao)強烈(lie)抑制。GO富集(ji)分析顯(xian)示在(zai)生物(wu)進程類別中“生物(wu)合(he)(he)(he)成(cheng)”與(yu)“細胞氮化合(he)(he)(he)物(wu)代(dai)謝(xie)”為顯(xian)著富集(ji)的(de)(de)(de)(de)通(tong)路。與(yu)生物(wu)功能相(xiang)關的(de)(de)(de)(de)DEGs進一步(bu)進行KEGG富集(ji)分析，結果顯(xian)示共有(you)218個差異表(biao)達(da)的(de)(de)(de)(de)基因(yin)(yin)被注釋到(dao)19個不同的(de)(de)(de)(de)通(tong)路中，其中注釋到(dao)“氨基酸代(dai)謝(xie)”及“碳水(shui)化合(he)(he)(he)物(wu)代(dai)謝(xie)”通(tong)路中的(de)(de)(de)(de)基因(yin)(yin)占很大比例(li)。
Part 2 細胞代謝相關DEGs功能分析
Figure 3 Depiction of biological process changes (mainly in energy production and amino acid metabolism) in MAP samples based on the KEGG
MAP環境誘導(dao)了NMC25與糖(tang)酵(jiao)(jiao)解(jie)，三羧酸(suan)(suan)(suan)(suan)TCA）循(xun)環，氧化(hua)(hua)磷(lin)酸(suan)(suan)(suan)(suan)化(hua)(hua)和(he)ATP結(jie)(jie)(jie)合(he)匣(xia)式轉運(yun)蛋(dan)(dan)白相關的(de)(de)基因表達的(de)(de)變化(hua)(hua)。編碼醛糖(tang)酶（fbaA）的(de)(de)基因在(zai)糖(tang)酵(jiao)(jiao)解(jie)途徑中(zhong)(zhong)的(de)(de)上調(diao)(diao)可能導(dao)致丙(bing)酮酸(suan)(suan)(suan)(suan)積累(lei)，丙(bing)酮酸(suan)(suan)(suan)(suan)可用于構建幾(ji)種氨(an)(an)基酸(suan)(suan)(suan)(suan)。在(zai)MAP樣(yang)品(pin)中(zhong)(zhong)，參(can)與氨(an)(an)基酸(suan)(suan)(suan)(suan)（絲(si)氨(an)(an)酸(suan)(suan)(suan)(suan)，纈氨(an)(an)酸(suan)(suan)(suan)(suan)，亮氨(an)(an)酸(suan)(suan)(suan)(suan)，異亮氨(an)(an)酸(suan)(suan)(suan)(suan)，半(ban)胱氨(an)(an)酸(suan)(suan)(suan)(suan)，天冬酰胺，丙(bing)氨(an)(an)酸(suan)(suan)(suan)(suan)和(he)鳥氨(an)(an)酸(suan)(suan)(suan)(suan)等(deng)）生物合(he)成的(de)(de)一系列基因的(de)(de)表達也(ye)更(geng)高(gao)，絲(si)氨(an)(an)酸(suan)(suan)(suan)(suan)的(de)(de)積累(lei)可使S-腺苷甲(jia)硫氨(an)(an)酸(suan)(suan)(suan)(suan)（AdoMet）的(de)(de)合(he)成上調(diao)(diao)。然而，介(jie)導(dao)TCA循(xun)環的(de)(de)異檸檬酸(suan)(suan)(suan)(suan)脫氫酶（ICD）在(zai)MAP樣(yang)品(pin)中(zhong)(zhong)表達較少，由TCA循(xun)環或(huo)其他生物過程(cheng)產生的(de)(de)NADH可進入氧化(hua)(hua)磷(lin)酸(suan)(suan)(suan)(suan)化(hua)(hua)途徑。另外，在(zai)MAP樣(yang)本中(zhong)(zhong)大(da)多數被下調(diao)(diao)的(de)(de)ABC轉運(yun)蛋(dan)(dan)白是透性酶或(huo)底物結(jie)(jie)(jie)合(he)蛋(dan)(dan)白，而上調(diao)(diao)的(de)(de)蛋(dan)(dan)白是ATP結(jie)(jie)(jie)合(he)蛋(dan)(dan)白。
Figure 4 Gene expression pattern of the alkaline protease operon in MAP samples
假單胞菌屬中的(de)堿(jian)性蛋(dan)白酶（APR） 由I型分(fen)泌途徑分(fen)泌。APR操縱子的(de)基因(yin)表(biao)達模式沒有顯著(zhu)改變，aprA，aprD和抑制劑(ji)inh的(de)表(biao)達MAP樣(yang)本中略(lve)微(wei)下調(diao)，而aprE和aprF的(de)表(biao)達略(lve)有增加。
能(neng)動性(xing)和(he)附著(zhu)力在細菌生(sheng)物(wu)膜形成(cheng)中(zhong)起重(zhong)要(yao)作用。在該(gai)研(yan)究中(zhong)，MAP環境改(gai)變(bian)了(le)與(yu)能(neng)動性(xing)和(he)附著(zhu)力相(xiang)關(guan)的基(ji)(ji)因(yin)的表(biao)(biao)達(da)。MAP樣品中(zhong)與(yu)鞭(bian)毛(mao)相(xiang)關(guan)的幾(ji)種基(ji)(ji)因(yin)（flgB，fliF，fliJ，fliO，fliP和(he)motA）的表(biao)(biao)達(da)顯著(zhu)降低。 編(bian)碼I型(xing)菌毛(mao)蛋白的fimA基(ji)(ji)因(yin)也在MAP樣品中(zhong)下調表(biao)(biao)達(da)。
總結
MAP降低(di)了(le)(le)參與(yu)電子傳遞鏈(lian)（nuoAB）的(de)(de)(de)基(ji)(ji)因(yin)的(de)(de)(de)表(biao)達，從而(er)抑(yi)制了(le)(le)有氧呼吸，且(qie)誘(you)導(dao)了(le)(le)ATP結合(he)(he)匣式轉運蛋(dan)白、鞭毛(mao)和(he)I型菌毛(mao)蛋(dan)白以(yi)及DNA復制與(yu)修復基(ji)(ji)因(yin)的(de)(de)(de)下(xia)調(diao)表(biao)達，并進一步(bu)影響營養的(de)(de)(de)攝(she)取，運動與(yu)生(sheng)(sheng)長(chang)。另外，NMC25細胞(bao)通過改變其(qi)能量產生(sheng)(sheng)，氨(an)基(ji)(ji)酸(suan)合(he)(he)成，膜脂(zhi)組成和(he)其(qi)他代(dai)謝(xie)模式途徑以(yi)適應MAP環(huan)境。這些數據(ju)表(biao)明(ming)，假(jia)單胞(bao)菌NMC25可(ke)以(yi)在氣調(diao)包裝下(xia)存活(huo)但是與(yu)致(zhi)腐相關(guan)的(de)(de)(de)代(dai)謝(xie)活(huo)動減少。
參(can)考文(wen)獻
Wang G, Ma F, Chen X, et al. Transcriptome analysis of the global response of Pseudomonas fragi NMC25 to modified atmosphere packaging stress[J]. Frontiers in Microbiology, 2018, 9: 1277.
