2018-07-24
近期，派森諾生物與南京農業大學合作，在Frontiers in Microbiology上發表了假單胞菌NMC25對氣調包裝（MAP）綜合反應的轉錄組分析的文章。
研究背景
假單胞菌（Pseudomonas，假單胞菌屬），是導致有氧冷藏的肉類腐壞的主要微生物，造成肉類物理損壞，異味產生和粘液形成。莓實假單胞菌（Pseudomonas fragi）目前被認為是假單胞菌屬中主要的成員。除了吸收肉類的營養外，P. fragi在用于肉類生產的冷鏈中很容易增殖。 此外，P. fragi促進幾種食源性病原體的生長和存活，如金黃色葡萄球菌和單核細胞增生李斯特菌。
環境變化對微生物的生物學功能具有顯著影響，高通量測序的開發有助于人們進一步了解細菌對不同環境的分子反應。多項研究表明MAP的應用可抑制假單胞菌的致腐潛力。作者通過將假單胞菌NMC25置于不同的空氣條件下，比較其轉錄組譜結果來判定MAP對NMC25代謝的作用。
研究材料
實驗材料 | 重復次數 | |
Air samples： 接種在雞胸肉上的NMC25菌株 | 3 | |
MAP samples：接種在雞胸肉上的NMC25菌株 | 3 | |
包裝氣體條件 | 儲存溫度 | 取樣時間（后指數期） |
正?？諝?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
研究結果
Part 1 差異基因鑒定及富集分析
Figure 2 Volcano plot of genes expressed differentially between MAP and air samples
RNA-Seq在正?？諝猸h境中與MAP環境中的NMC25菌株中共鑒定到559個差異表達的基因（DEGs），包含52個轉錄調控因子。差異顯著的基因主要與假定蛋白、NADH氧化還原酶、趨化蛋白、脂多糖生物合成、水解酶活性和肽聚糖生物合成等相關。編碼參與NADH氧化還原酶，能動性和附著力，以及運輸方面的基因表達在MAP下受到強烈抑制。GO富集分析顯示在生物進程類別中“生物合成”與“細胞氮化合物代謝”為顯著富集的通路。與生物功能相關的DEGs進一步進行KEGG富集分析，結果顯示共有218個差異表達的基因被注釋到19個不同的通路中，其中注釋到“氨基酸代謝”及“碳水化合物代謝”通路中的基因占很大比例。
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環境誘導了NMC25與糖酵解，三羧酸TCA）循環，氧化磷酸化和ATP結合匣式轉運蛋白相關的基因表達的變化。編碼醛糖酶（fbaA）的基因在糖酵解途徑中的上調可能導致丙酮酸積累，丙酮酸可用于構建幾種氨基酸。在MAP樣品中，參與氨基酸（絲氨酸，纈氨酸，亮氨酸，異亮氨酸，半胱氨酸，天冬酰胺，丙氨酸和鳥氨酸等）生物合成的一系列基因的表達也更高，絲氨酸的積累可使S-腺苷甲硫氨酸（AdoMet）的合成上調。然而，介導TCA循環的異檸檬酸脫氫酶（ICD）在MAP樣品中表達較少，由TCA循環或其他生物過程產生的NADH可進入氧化磷酸化途徑。另外，在MAP樣本中大多數被下調的ABC轉運蛋白是透性酶或底物結合蛋白，而上調的蛋白是ATP結合蛋白。
Figure 4 Gene expression pattern of the alkaline protease operon in MAP samples
假單胞菌屬中的堿性蛋白酶（APR） 由I型分泌途徑分泌。APR操縱子的基因表達模式沒有顯著改變，aprA，aprD和抑制劑inh的表達MAP樣本中略微下調，而aprE和aprF的表達略有增加。
能動性和附著力在細菌生物膜形成中起重要作用。在該研究中，MAP環境改變了與能動性和附著力相關的基因的表達。MAP樣品中與鞭毛相關的幾種基因（flgB，fliF，fliJ，fliO，fliP和motA）的表達顯著降低。 編碼I型菌毛蛋白的fimA基因也在MAP樣品中下調表達。
總結
MAP降低了參與電子傳遞鏈（nuoAB）的基因的表達，從而抑制了有氧呼吸，且誘導了ATP結合匣式轉運蛋白、鞭毛和I型菌毛蛋白以及DNA復制與修復基因的下調表達，并進一步影響營養的攝取，運動與生長。另外，NMC25細胞通過改變其能量產生，氨基酸合成，膜脂組成和其他代謝模式途徑以適應MAP環境。這些數據表明，假單胞菌NMC25可以在氣調包裝下存活但是與致腐相關的代謝活動減少。
參考文獻
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.
