大肠杆菌F18菌毛的研究进展

F18菌毛是致猪水肿病的产Vero细胞毒素大肠杆菌（VTEC）与某些产肠毒素大肠杆菌（ETEC）的主要毒力因子之一，现已知，F18菌毛抗原有F18ab,F18ac两种血清型变异，F18ab即为F107，而18ac则包括近来才发现并命名的菌毛2134P及定居因子8813。现将有关F18菌毛的研究进展概述如下。     

致断奶仔猪腹泻、水肿病大肠杆菌F18菌毛a因子单克隆抗体的研制及其初步应用

以表达 F18ac菌毛参考菌株 2 134(O15 7∶ H19)为研究对象 ,摸索出了 F18ac菌毛表达的最佳条件 ,采用热洗脱法获得了较纯的 F18ac菌毛 ,并以之免疫小鼠 ,利用淋巴细胞杂交瘤技术 ,用直接玻板凝集法筛选出 1株杂交瘤细胞株 19B4 ,能稳定分泌针对 F18ac菌毛和 F18ab菌毛共同抗原表位 a因子的单克隆抗体。细胞培养上清对 F18ac菌毛参考菌株 2 134和 F18ab菌毛参考菌株 10 7/ 86的直接凝集价均可达 1∶ 8,腹水单抗直接凝集效价可达 1∶ 10 2 4 ,而与猪源产 F4、F5、F6和 F4 1粘附素大肠杆菌菌株、鸡源产 型菌毛大肠杆菌菌株及沙门氏菌不发生凝集反应。免疫印迹试验结果显示 ,腹水单抗可同时特异识别 F18ac菌毛 170 0 0和 F18ab菌毛 15 0 0 0左右的主要亚单位多肽。应用所研制的单抗对 2 15株断奶仔猪腹泻大肠杆菌分离株进行了检测 ,结果上述分离株 TSB培养物的 F18菌毛的检出率为13.4 % ,TSA培养物的检出率为 8.4 %。F18菌毛阳性分离株的 O血清型除了常见血清型 O139、O14 1外 ,还有非常见血清型 O10 7、O131和 O9等。TSB培养物的 F18菌毛检出率明显高于 TSA培养物的检出率 ,表明 F18菌毛在 TSB培养基中比在 TSA培养基上更容易表达 ,TSB培养基是适合 F18菌毛检测、流行病学调查的培养基     

黏附素菌毛F18的研究近况

由表达F18菌毛的大肠杆菌(VTEC、ETEC)引起的仔猪水肿病和断奶腹泻仍然是养猪业中一个没有完全解决的问题,给畜牧业生产带来的损失仍然不可低估[1,2,3,4].F18菌毛有F18 ab和F18 ac二个抗原变种,它们主要介导产肠毒素大肠杆菌(ETEC)与产vero细胞毒素大肠杆菌(VTEC)在仔猪肠道内的定居.F18菌毛作为这些病原细菌重要致病因子,国内外对其研究方兴未艾.目前,F18菌毛的研究已经较为深入,从一般形态水平到基因控制水平都有了较大突破.本文就国外和国内的研究概况作一综述,以供相关研究人员参考.     

致病性F18大肠杆菌黏附素受体易感性仔猪的体外鉴定

在PCR-RFLP方法分析了不同猪个体FUT1基因M307位点等位基因多态性的基础上，制备M307位点为GG和AG2种类型仔猪小肠上皮细胞分别与表达F18ab菌毛的野生型大肠杆菌、表达F18ac菌毛含fed操纵子全基因的重组大肠杆菌及表面分泌表达F18ab菌毛FedF亚单位的重组大肠杆菌进行体外黏附和黏附抑制试验。结果表明，上述野生菌或重组菌对GG和AG2种基因型的30～35日龄断奶仔猪小肠上皮细胞均具有较好的黏附能力。上述3种大肠杆菌分别与抗F18ab纯菌毛血清、F18ac纯菌毛血清及抗F18ab菌毛FedF亚单位单因子血清作用后．则丢失黏附小肠上皮细胞能力。而GG基因型的3日龄仔猪小肠上皮细胞不能很好的黏附上述野生菌或重组菌．但是可以很好地黏附表达987P菌毛的大肠杆菌。     

大肠杆菌F18ac菌毛F亚单位基因的克隆与序列分析

根据已经发表的F18ab菌毛F亚单位(FedF／ab)的基因(fedF／ab),设计一对引物,利用PCR技术从表达F18ac菌毛的大肠杆菌2134P株、8199株、8813株中分别扩增到一段序列,并克隆至pGEM—T载体,获得重组质粒T8813F、T8199F、T2134PF。琼脂糖凝胶电泳、序列测定及分析表明,该3个序列大小均为903bp,与fedF／ab大小一致且具有较高的同源性(99．4％),推导的FedF／ac氨基酸序列与FedF／ab同源性为98．3％。数据表明该实验所克隆的序列均为F18ac菌毛F亚单位(FedF／ac)的基因(fedF／ac)。     

大肠埃希菌F18菌毛结构亚单位抗原特性的研究

利用已经表达的大肠埃希菌F18ab和F18ac菌毛各结构亚单位(FedA、FedE、FedF)的融合蛋白GST-FedA/ab、GST-FedA/ac、GST-FedE/ab、GST-FedF/ab、GST-FedF/ac分组肌肉注射免疫成年健康家兔,分别制备抗GST-FedA/ab、GST-FedA/ac、GST-FedE、GST-FedF/ab、GST-FedF/ac的多价血清.玻板凝集试验结果表明,抗GST-FedA/ab、GST-FedA/ac、抗GST-FedE/ab、GST-FedF/ab、GST-FedF/ac多价血清均能同时凝集F18ab+大肠埃希菌F107/86株、F18ac+大肠埃希菌8813株.通过荧光抗体染色法对抗FedA/ab、FedA/ac、FedE/ab、FedF/ab、FedF/ac的单因子血清的研究,发现F18菌毛"a"抗原因子分布于FedA、FedE、FedF亚单位上,"b/c"抗原因子分布于FedA、FedF亚单位上.     

F18ac菌毛A亚单位基因的克隆与序列分析

根据已经发表的F18ab菌毛A亚单位(FedA/ab)的基因(fedA/ab)[1],设计一对引物,利用PCR技术从表达F18ac菌毛的大肠杆菌2134P株[2]、8199株[3]、8813株[3]中分别扩增到一段序列,并克隆至pGEM-T载体,获得重组质粒T2134PA、T8199A、T8813A.琼脂糖凝胶电泳、序列测定及分析表明,该3个序列大小均为516bp,与fedA/ab(513bp)具有较高的同源性,分别为96.3%、96.5%、95.9%,推导的Fed/ac氨基酸序列与FedA/ab同源性分别为93.0%、93.6%、92.4%.数据表明该实验所克隆的序列均为F18ac菌毛A亚单位(FedA/ac)的基因(fedA/ac).     

苏太仔猪FUT1基因M307位点多态性与F18大肠杆菌抗病相关性的体外鉴定

采用PCR-RFLP方法检测了江苏苏太断奶仔猪FUT1基因M307位点等位基因多态性分布,在所检的49头仔猪中,GG基因型个体16头,AG基因型19头,AA基因型14头。在此基础上,制备上述不同基因型个体仔猪小肠上皮细胞,分别与表达F18ab菌毛的野生型大肠杆菌、表达F18ac菌毛含fed操纵子全基因的重组大肠杆菌和V型系统表面分泌表达F18abFedF亚单位的重组大肠杆菌进行体外黏附试验和黏附抑制试验。研究结果表明:FUT1基因M307位点中GG型和AG型仔猪小肠上皮细胞均能黏附上述3种大肠杆菌,而AA型个体小肠上皮细胞则不能黏附。将上述3种大肠杆菌分别与抗F18ab菌毛高免血清、F18ac菌毛高免血清及抗F18abFedF亚单位单因子血清作用后,则失去黏附仔猪肠上皮细胞能力。上述结果对苏太猪从体外试验上证明了FUT1基因M307位点多态性与断奶仔猪腹泻和水肿病存在着直接的相关性。     

大肠埃希氏菌F18菌毛FedF蛋白的表达与鉴定

根据已发表的F18菌毛F亚单位的基因序列(fedF)设计了1对引物．利用PCR技术分别扩增到F18ab和F18ac菌毛的fedF编码序列，并按预定的阅读框架分别插入表达载体pGEX-6p-1中谷胱甘肽转移酶(GST)基因的下游，获得重组质粒pPFedF／ab与pPFedF／ac，然后转化大肠埃希氏菌BL21获得重组菌PPFedF／ab与PPFedF／ac。测序结果表明，fedF编码序列大小均为837bp，与GenBank中登录的EedF结构编码序列(Z26520)大小一致。通过对菌体裂解物进行SDSPAGE电泳分析以及Western-blotting鉴定，证明重组大肠埃希氏菌PPFedF／ab与PPFedF／ac均可以表达融合蛋白形式的FedF(分别命名为GST-FedF／ab与GST-FedF／ac)。     

致猪水肿病大肠杆菌F18ab菌毛单克隆抗体的研制及其初步应用

将致猪水肿病大肠杆菌 F18ab菌毛提纯 ,以其免疫 BAL B/ c小鼠 ,利用淋巴细胞杂交瘤技术 ,经 3次融合 ,共筛选出 4株能稳定分泌针对 F18ab菌毛的特异单克隆抗体的杂交瘤细胞株 4 G8、4 H11、4 A2和 3A12 ,腹水单抗的直接凝集价最高可达 1∶ 32 0 0。免疫印迹试验表明 ,4株腹水单抗均可特异识别 F18ab菌毛 Mr 15 0 0 0左右的主要亚单位多肽。应用所研制的单抗对 11株猪水肿病大肠杆菌分离株 F18ab菌毛表达情况进行了检测 ,结果显示 ,上述分离株中F18ab菌毛的出现率为 72 .7% (8/ 11) ,检出的 F18ab菌毛阳性分离株的 O血清型均为 O1 39。     

大肠埃希氏菌F18菌毛结构蛋白与黏附特性的关系

利用已表达的F18ab和F18ac菌毛各结构亚单位的融合蛋白（GST-FedA／ab、GST-Fe-dA／ac、GST-FedE、（；STFed-F／ab、GST-FedF／ac）分组肌肉注射健康家兔，制备抗FedA／ab、Fe-dA／ac、FedE、FedF／ab、FedF／ac多价血清。结果表明，所制备的5种抗Fed多价血清均能凝集F18ab^＋。大肠埃希氏菌107／86株和F18ac^＋大肠埃希氏菌8813株。利用抗大肠埃希氏菌F18菌毛主要结构亚单位FedA特异抗体和次要结构亚单位FedE、FedF特异抗体，研究了F18菌毛与小肠上皮细胞的黏附特性。结果发现，FedA抗体和FedE抗体单独和合并均不能抑制F18^＋菌与小肠上皮细胞的黏附，而单用抗FedF抗体即能明显抑制F18^＋大肠埃希氏菌与小肠上皮细胞的黏附，表明FedA和FedE与F18菌毛的黏附不具相关性，而FedF才是F18菌毛的黏附性结构亚单位。     

猪水肿病大肠杆菌分离、鉴定及药敏试验

本实验从疑似猪水肿病的病例分离到5株大肠杆菌,O抗原鉴定结果表明所有菌株均为O139血清型;应用F18ab菌毛单克隆抗体对这5株大肠杆菌能否表达F18ab菌毛进行了鉴定,结果表明其中2个菌株能表达F18ab菌毛;利用聚合酶链式反应(PCR)对志贺氏菌样毒素Ⅱ型变异体(SLT-Ⅱe)操纵子基因保守区进行了扩增,结果发现在能表达F18ab菌毛2个菌株中可扩增一段特异性序列。以上数据表明这2株大肠杆菌为致仔猪水肿病大肠杆菌。药敏试验表明这两株菌株均对氟哌酸、妥布霉素、庆大霉素、利福平等抗生素高度敏感。     

产志贺毒素样大肠杆菌F18ab菌毛操纵子基因的体外非诱导系统的表达和鉴定

以产志贺毒素样大肠杆菌（SLTEC）F18ab血清型标准菌株107/86基因组DNA为模板,利用PCR技术成功扩增出编码F18ab完整菌毛操纵子fed基因,克隆入表达载体pBR322,经限制性内切酶酶切分析,DNA琼脂糖电泳鉴定并结合序列测定分析,构建和筛选出含fed完整基因正确插入的pBR322-fed重组质粒,将上述重组质粒转化至不含任何菌毛结构的大肠杆菌SE5000,该表达重组菌能分别与兔抗F18ab亚单位蛋白FedF高免血清、鼠抗F18ab菌毛a单因子单克隆抗体、兔抗F18ab菌毛高免血清和抗F18ab菌毛IgG抗体产生明显的凝集反应。用热抽提法分别抽提和纯化SLTEC F18ab标准株107/86和重组菌SE5000（pBR322-fed）体外表达的F18ab菌毛,纯化菌毛经SDS-PAGE电泳和考马斯亮蓝染色获单一相对分子质量约为15 000蛋白条带。Western-blotting结果表明：兔抗F18ab菌毛高免血清能特异性识别SLTEC F18ab标准株107/86和重组菌SE5000（pBR322-fed）所提纯的单一主要结构蛋白。用重组菌SE5000（pBR322-fed）进行易感仔猪小肠上皮细胞体外黏附试验和黏附抑制试验,结果表明：重组菌SE5000（pBR322-fed）和SLTEC F18ab标准株107/86一样具有较强的黏附易感仔猪小肠上皮细胞的能力,而兔抗F18ab菌毛高免血清能有效地抑制上述重组菌SE5000（pBR322-fed）和SLTEC F18ab标准株107/86对易感仔猪小肠上皮细胞的黏附结合。     

Ⅰ型菌毛对F18ac大肠杆菌粘附性能的影响

为研究Ⅰ型菌毛在F18ac大肠杆菌(F18ac E.coli)粘附过程中的作用,本研究利用λ-Red同源重组系统构建了F18ac E.coliⅠ型菌毛主亚基编码基因fim A缺失突变株(F18ac△fim A),以野生株为对照,通过体外易感细胞粘附试验和生物被膜(BF)形成定量试验,探索Ⅰ型菌毛在F18ac E.coli粘附宿主细胞过程中的作用。体外易感细胞粘附结果显示,经8%甘露糖封闭Ⅰ型菌毛受体或fim A基因缺失后,F18ac E.coli对易感仔猪上皮细胞IPEC-1的粘附能力均显著下降。BF结晶紫定量试验显示,F18ac△fim A菌株形成BF的能力显著下降,而F18ac△fim A/pfim A回补株的粘附能力以及生物被膜形成能力均得到了恢复。本研究表明Ⅰ型菌毛是F18ac E.coli重要的粘附素,介导了F18ac E.coli对仔猪易感细胞的粘附过程。本研究为进一步阐释F18ac E.coli致病机制中多毒力因子的作用提供了实验依据。     

大肠杆菌F18ac菌毛FedA蛋白的表达与鉴定

根据已经发表的F18ac菌毛A亚单位的基因序列(FedA)设计一对引物,利用PCR技术从重组质粒T 8813A 中扩增到一段序列,并按预定的阅读框插入表达性质粒载体pGEX 6p 1中的谷胱苷肽转移酶(GST)基因的下游,获得重组质粒pPFedA/ac,并转化大肠杆菌BL 21 获得重组菌PPFedA/ac。琼脂糖凝胶电泳、序列测定及分析表明,该序列大小为456 bp,与已发表的FedA/ac结构编码序列完全一致。通过对菌体裂解物的SDS PAGE 分析以及Western blotting 鉴定,证明重组大肠杆菌PP FedA/ac的可以表达融合蛋白形式的FedA/ac (命名为GST FedA/ac),即FedA/ac蛋白(15.317 ku)与谷胱苷肽转移酶(27.335 ku)相连组成分子量为42.652 ku的融合蛋白。利用GST FedA/ac制备的兔抗GST FedA/ac 血清与大肠杆菌F107/86 株( F18ab )、2 134 P 株(F18ac )进行的玻板凝集试验呈现阳性反应,进一步表明了表达的正确性。     

猪水肿病大肠杆菌F18ab菌毛A亚单位与志贺样毒素Ⅱ型变异体A亚单位的联合表达

扩增、克隆和表达了水肿病大肠杆菌的致病因子F18ab 菌毛的主要亚单位FedA全基因(包括信号肽序列),并与现有的另一致病因子志贺样毒素Ⅱ型变异体A亚单位基因(stx 2eA)连接,然后进行联合表达。同时用已制备的抗Stx 2eA 单克隆抗体和抗F18ab菌毛单克隆抗体对联合表达的融合蛋白质进行检测鉴定。     

猪水肿病大肠杆菌主要毒力因子的B细胞表位预测与验证

猪水肿病是由产类志贺毒素大肠杆菌引起的仔猪的一种急性、致死性传染病,其发病率为10%～35%,致死率在90%以上.研究表明,致猪水肿病大肠杆菌主要产生F18ab菌毛和类志贺毒素II型变异体(SLT-IIe)两类毒力因子,F18菌毛中的FedF是发生粘附作用所必需的结构单位,同时高度保守;SLT-IIe的B亚基具有免疫原性,是水肿病毒素保护性抗原所在处,且其核苷酸序列的同源性达到了100%[1-3].本研究旨在对致猪水肿病的两种主要毒力因子FedF和SLT-IIeB进行生物信息学分析,预测其可能的B细胞表位,人工合成短肽,分别与抗F18ab菌毛蛋白和抗大肠杆菌水肿毒素的猪血清进行反应,鉴定短肽的反应原性:与载体蛋白(BSA)偶联后免疫小鼠,测定反应原性,以期获得既有反应原性又有免疫原性的多肽,为猪水肿病表位疫苗及多表位疫苗的研制奠定基础.     

大肠杆菌刺激猪肠上皮细胞后Nramp1基因的表达变化分析

猪天然抗性相关巨噬细胞蛋白基因1(Naturalresistance-associated Marophage Protein 1,Nramp1)作为影响抗病力的重要候选基因之一,在机体的免疫过程中发挥着重要的调控作用。为了在细胞水平上探讨Nramp1基因与引起仔猪腹泻的致病性大肠杆菌的关系及其在大肠杆菌感染过程中发挥的免疫调控作用,本研究利用F18ab、F18ac和K88ac等3种致病性大肠杆菌刺激体外培养的猪肠上皮细胞IPEC-J2,并利用实时荧光定量PCR检测3种菌体刺激IPEC-J2后Nramp1基因的表达变化情况。结果表明:F18ab、F18ac和K88ac 3种大肠杆菌刺激IPEC-J2后,Nramp1基因的表达均发生极显著(P0.01)上调,差异倍数分别为10、8、11倍,且F18ab和K88ac 2种菌体刺激后Nramp1基因的表达上调程度均极显著高于F18ac。本研究结果提示,Nramp1基因的表达与大肠杆菌的侵染有很大的相关性,其在大肠杆菌侵袭猪肠道中发挥了重要的免疫调控作用。本研究在细胞水平分析探讨了Nramp1基因的表达与3种致病性大肠杆菌侵袭的关系,为Nramp1基因在大肠杆菌侵染机体的过程中发挥的免疫调控作用研究提供了参考依据。     

猪TLR5基因表达水平与F18大肠杆菌侵染关系分析

为了探究猪Toll样受体(Toll-like receptor 5,TLR5)基因表达水平与F18大肠杆菌抗性的关系,试验通过不同血清型产肠毒素大肠杆菌(F18ab和F18ac)侵染猪小肠上皮细胞(IPEC-J2),同时通过脂多糖(LPS)分别诱导IPEC-J2细胞4和8h,利用实时荧光定量PCR检测TLR5基因表达水平变化,并利用Western blotting进行蛋白表达分析。结果显示,不同血清型大肠杆菌(F18ab和F18ac)菌体侵染IPEC-J2细胞后,TLR5基因表达水平均极显著上调(P0.01);LPS诱导IPEC-J2细胞4和8h后,TLR5基因表达水平均极显著上调(P0.01),且在LPS诱导IPEC-J2细胞8h后,TLR5基因表达水平明显高于诱导4h。与对照组相比,细胞中TLR5蛋白的表达水平极显著上调(P0.01),与LPS诱导及F18大肠杆菌菌体刺激IPEC-J2细胞后mRNA表达水平结果相一致。本研究在细胞水平上分析了TLR5表达水平和F18大肠杆菌侵染的相关性,进一步证实猪TLR5基因的表达水平在细胞抵抗F18大肠杆菌的侵染过程中发挥了重要的调控作用,为今后关于TLR5基因功能及其在大肠杆菌腹泻遗传育种应用的研究奠定基础。     

大肠杆菌F18菌毛A亚单位基因的多样性分析

根据已经发表的大肠杆菌F18ab菌毛A亚单位(FedA／ab)的基因序列(fedA／ab)设计1对引物，利用PCR技术从本实验室保存的10株大肠杆菌(F107／86、YCED1、YCED2、C、D、E、12F、2134P、8199、8813)中分别扩增到一段序列．并克隆至pGEM-T载体，获得重组质粒TF107A、TYCED1A、TYCED2A、TCA、TDA、TEA、T12FA、T8813A、T8199A、T2134PA。通过序列测定，并与已发表的fedA／ab进行比较、基因树分析，可将这10个菌株分为2个基因群，其中F107／86、YCED1、YCED2、C、D、12F与fedA／ab具有高度同源性，属于fedA／ab．大小为513bp；E、8813、8199、2134P构成另一单独的分支，属于fedA／ac．大小为516bp。