2018-07-24
近期，派森诺生物与南京农业大学合作，在Frontiers in Microbiology上发表了假单胞菌NMC25对气调包装（MAP）综合反应的转录组分析的文章。
研究背景
假单胞菌（Pseudomonas，假单胞菌属），是导致有氧冷藏的肉类腐坏的主要微生物，造成肉类物理损坏，异味产生和粘液形成。莓实假单胞菌（Pseudomonas fragi）目前被认为是假单胞菌属中主要的成员。除了吸收肉类的营养外，P. fragi在用于肉类生产的冷链中很容易增殖。 此外，P. fragi促进几种食源性病原体的生长和存活，如金黄色葡萄球菌和单核细胞增生李斯特菌。
环境变化对微生物的生物学功能具有显着影响，高通量测序的开发有助于人们进一步了解细菌对不同环境的分子反应。多项研究表明MAP的应用可抑制假单胞菌的致腐潜力。作者通过将假单胞菌NMC25置于不同的空气条件下，比较其转录组谱结果来判定MAP对NMC25代谢的作用。
研究材料
实验材料 | 重复次数 | |
Air samples： 接种在鸡胸肉上的NMC25菌株 | 3 | |
MAP samples：接种在鸡胸肉上的NMC25菌株 | 3 | |
包装气体条件 | 储存温度 | 取样时间（后指数期） |
正常空气(Air) | 15℃ | 1.5天后(Air) |
70% N2+30% CO2(MAP) | 15℃ | 3.5天后(MAP) |
Figure 1 Packing conditions under MAP
研究方法
研究结果
Part 1 差异基因鉴定及富集分析
Figure 2 Volcano plot of genes expressed differentially between MAP and air samples
RNA-Seq在正常空气环境中与MAP环境中的NMC25菌株中共鉴定到559个差异表达的基因（DEGs），包含52个转录调控因子。差异显著的基因主要与假定蛋白、NADH氧化还原酶、趋化蛋白、脂多糖生物合成、水解酶活性和肽聚糖生物合成等相关。编码参与NADH氧化还原酶，能动性和附着力，以及运输方面的基因表达在MAP下受到强烈抑制。GO富集分析显示在生物进程类别中“生物合成”与“细胞氮化合物代谢”为显著富集的通路。与生物功能相关的DEGs进一步进行KEGG富集分析，结果显示共有218个差异表达的基因被注释到19个不同的通路中，其中注释到“氨基酸代谢”及“碳水化合物代谢”通路中的基因占很大比例。
Part 2 细胞代谢相关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环境诱导了NMC25与糖酵解，三羧酸TCA）循环，氧化磷酸化和ATP结合匣式转运蛋白相关的基因表达的变化。编码醛糖酶（fbaA）的基因在糖酵解途径中的上调可能导致丙酮酸积累，丙酮酸可用于构建几种氨基酸。在MAP样品中，参与氨基酸（丝氨酸，缬氨酸，亮氨酸，异亮氨酸，半胱氨酸，天冬酰胺，丙氨酸和鸟氨酸等）生物合成的一系列基因的表达也更高，丝氨酸的积累可使S-腺苷甲硫氨酸（AdoMet）的合成上调。然而，介导TCA循环的异柠檬酸脱氢酶（ICD）在MAP样品中表达较少，由TCA循环或其他生物过程产生的NADH可进入氧化磷酸化途径。另外，在MAP样本中大多数被下调的ABC转运蛋白是透性酶或底物结合蛋白，而上调的蛋白是ATP结合蛋白。
Figure 4 Gene expression pattern of the alkaline protease operon in MAP samples
假单胞菌属中的碱性蛋白酶（APR） 由I型分泌途径分泌。APR操纵子的基因表达模式没有显著改变，aprA，aprD和抑制剂inh的表达MAP样本中略微下调，而aprE和aprF的表达略有增加。
能动性和附着力在细菌生物膜形成中起重要作用。在该研究中，MAP环境改变了与能动性和附着力相关的基因的表达。MAP样品中与鞭毛相关的几种基因（flgB，fliF，fliJ，fliO，fliP和motA）的表达显着降低。 编码I型菌毛蛋白的fimA基因也在MAP样品中下调表达。
总结
MAP降低了参与电子传递链（nuoAB）的基因的表达，从而抑制了有氧呼吸，且诱导了ATP结合匣式转运蛋白、鞭毛和I型菌毛蛋白以及DNA复制与修复基因的下调表达，并进一步影响营养的摄取，运动与生长。另外，NMC25细胞通过改变其能量产生，氨基酸合成，膜脂组成和其他代谢模式途径以适应MAP环境。这些数据表明，假单胞菌NMC25可以在气调包装下存活但是与致腐相关的代谢活动减少。
参考文献
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.
