鼠疫桿菌菌株在麥芽糖培養基環境下對應的生長曲線圖
鼠疫或黑死病已造成2億多人死亡，鼠疫仍然是最具破壞性的細菌性流行病。鼠疫是由鼠疫耶爾森菌引起的人畜共患病主要通過跳蚤在哺乳動物間傳播。鼠疫耶爾森菌屬于革蘭陰性小桿菌，物鞭毛，兼性厭氧，可在普通培養基中生長。黑死病的病原體是鼠疫耶爾森氏菌，通過一種稱為群體感應的過程來感知自身產生的、分泌的化學信號。雖然與之密切相關的腸道致病菌假結核桿菌利用群體感應系統調節運動，但群體感應在鼠疫桿菌中的作用機制尚不清楚。在本論文研究中，研究人員對鼠疫桿菌進行了轉錄分析實驗，以確定鼠疫桿菌群體感應調節功能。
Bioscreen全自動生長曲線分析儀的應用
應用全自動生長曲線分析儀Bioscreen測試了鼠疫桿菌和鼠疫桿菌菌株突變體在麥芽糖培養基環境下對應的生長曲線圖（OD600），對比了不同類型的鼠疫桿菌（突變體菌株和原始菌株）的生長情況，并計算了對應的O600值上的差異。測試的生長曲線的周期為2天，培養過程中各菌株的搖晃、生長及OD值的測試全是自動完成的，從而獲得AHLs對突變體鼠疫桿菌和常規鼠疫桿菌的生長情況的影響的相關數據。
實驗結果
在對鼠疫桿菌的研究中發現對基于酰基同聚絲氨酸內酯的群體感應控制了鼠疫桿菌本身的幾種代謝功能的表達。利用酰基-同絲氨酸內酯信號通路誘導麥芽糖發酵和乙醛酸旁路反應。這種效應在溫度為30度時被觀察到，這表明在低于正常哺乳動物溫度的溫度下，鼠疫桿菌的群體感應具有調節新陳代謝的潛在作用。從而鼠疫桿菌可以利用替代碳源促進生長和/或在營養來源有限的自然生境中長期生存，有助于維持鼠疫桿菌的生存。
圖1、鼠疫桿菌群體感應分子的鑒定。圖A表示的是R88 Y.鼠疫菌(實心圓)與R115 QS-Y.鼠疫菌(空心圓)生產的14C標記AHL的HPLC分餾圖譜。圖B表示的是通過在指定的時間點將無細胞上清液添加到一株會對AI-2反應為生物發光(RLU)的V.harveyii報告株中進行監測，監測R88 Y.鼠疫桿菌(實心圓)和R115菌(空圓)生長過程中產出AI-2和AHL的情況。圖C和圖D分布表示的是AI-2(C)和AHL(D)的生長情況。
圖2、Ahl的QS調節次生代謝。從指定菌株中分離RNA，按材料和方法采用qRT-PCR檢測mRNA水平。數據代表了每個突變體與R88品系之間轉錄差異的三倍測量平均值，R88品系的轉錄差異歸一化為每個樣本的16S rRNA，代表了至少三個獨立實驗。
圖3、AHLs上調麥芽糖操縱子的含量，促進菌株在麥芽糖環境下的生長。(A)野生型菌株(WT)(黑色)和AHL突變體菌株的生長曲線圖(短橫線)，將鼠疫桿菌置于最小麥芽糖培養基(淺灰色虛線)中，在Bioscreen C全自動生長曲線分析儀的微孔板中培養，并對其生長情況進行監測。(B)AHL突變菌與pypeIR(黑色，虛線)或yspIR(灰色，虛線)可在麥芽糖上恢復生長，而控制質粒(黑色，實心)則不能生長。
圖4、群體感應調節糖的發酵。(A)在含有剛果紅和0.2%麥芽糖的LB平板上生長96小時后的菌落表型，并在指示溫度下孵育。鼠疫桿菌將麥芽糖發酵成酸，將剛果紅轉化為黑，而yspIR ypeIR突變體則不會。這種發酵不會發生在溫度超過30度或其他糖的條件下。（B）鼠疫桿菌在固體培養基上厭氧培養96 h，培養溫度為28度。剛果紅是一種指示劑染料，在生產發酵最終產品時變暗。R114和R115中yspIR和ypeIR的缺失導致了麥芽糖在厭氧條件下發酵的滯后。1=Y.假結核桿菌;2=R88;3=R502;4=R115
圖5、AHL群體感應上調乙醛酸旁路并促進醋酸鹽的生長。(A)將R88(黑色)和R115 AHL無突變鼠疫桿菌株(虛線)在最小醋酸鹽培養基(淺灰色僅為培養基對照)中生長，并應用Bioscreen C全自動生長曲線分析儀上的微孔板上監測其菌株的深情況。（B）AHL突變菌與pypeIR(黑色虛線)或pyspIR(灰色虛線)可以在醋酸鹽環境中恢復生長，而對照質粒(黑色固體實線)則不能。
總結
鼠疫桿菌是由一種由鼠疫耶爾森氏菌引起的人畜共患病主要通過跳蚤在哺乳動物間傳播的疾病，而黑死病的病原體是鼠疫耶爾森氏菌，是通過一種稱為群體感應的過程來感知自身產生的、分泌的化學信號。雖然與之密切相關的腸道致病菌假結核桿菌利用群體感應系統調節運動，但群體感應在鼠疫桿菌中的作用機制尚不清楚。研究人員對鼠疫桿菌的轉錄分析實驗，以確定鼠疫桿菌群體感應調節功能。為了獲得鼠疫桿菌群體感應調節功能的相關機制，研究人員應用了芬蘭Bioscreen C公司開發的全自動生長曲線分析儀研究不同類型的鼠疫桿菌菌株（鼠疫桿菌菌株、不同類型的鼠疫桿菌突變體）在以麥芽糖培養基為碳源的基質中生長情況，并且同步研究這些鼠疫桿菌在不同溫度下（30度，37度）的生長情況（OD600），獲得相關生長曲線分析圖。由于Bioscreen C全自動生長曲線分析儀具有可以實現對不同菌株培養過程中搖晃、生長及OD值的測試全部是自動完成，而常規的酶標法測試OD值需要一個一個的去測試，因此該設備的高通量方法也為研究人員節省大量時間，并提供了非常可靠的關于進行了鼠疫桿菌突變體和常規鼠疫桿菌的生長曲線數據圖，也為研究人員了解群體感應在鼠疫桿菌中的作用機制提供了非常重要的數據，研究人員提出群體效應（QS）對鼠疫桿菌在長期的營養限制期間對碳的利用是以一種可能最大化細菌生長和長期的方式在野外生存的機制，這說明全自動生長曲線分析儀Bioscreen C為在研究鼠疫桿菌的相關研究方面具有很好的應用前景。
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