技术领域
本发明涉及一种具有克霉唑抗性的酿酒酵母及其应用,属于生物医药技术领域。
背景技术
目前,全球真菌感染率呈上升趋势,尤其是深部真菌感染日渐引起关注,真菌感染成为威胁人类生活质量和生命健康的重要病因之一。与之相反,临床上能够有效治疗真菌的药物种类相对有限,并且部分药物不良反应较大。
克霉唑(Clotrimazole,Clo),化学名为1-[(2-氯苯基)二苯甲基]咪唑,是一种广谱抗真菌药物。克霉唑对多种致病真菌具有抗菌效果,尤其是对白念珠菌的临床效果较好,其抗菌作用机制为抑制真菌细胞膜中的麦角固醇等固醇的生物合成,从而损伤真菌细胞膜并且改变其通透性,也可抑制氧化酶和过氧化酶的活性,引起细胞内过氧化氢积聚导致细胞亚微结构变性和细胞坏死。对白色念珠菌的抗菌机制主要是抑制其具侵袭性的菌丝的形成。克霉唑目前主要供临床外用,尤其是对由白念珠菌引起的念珠菌性阴道炎具有较为明显的效果。
然而,由于近些年不规范使用抗菌药物,甚至滥用抗菌药物等因素,部分病原菌已经逐渐对现有的抗真菌药物产生了耐药性,有研究表明,白念珠菌对于唑类抗真菌药物的耐药率和最小抑菌浓度均有增高,从而使临床上的治疗更为困难,为了抑制白念珠菌,需要不断地提高抗真菌药物的剂量。现市面上出售的药物已难以满足临床抗真菌感染治疗的需求,尤其是那些多重耐药菌株引起的感染,经常因为无药可用而导致患者死亡。因此,对现有抗真菌药物不断改良,并且研发新的效果更好的抗真菌药物,是目前医药行业至关重要的一项课题。
此外,活性氧(reactive oxygen species,ROS)在调控细胞过程中有非常重要的作用,例如细胞凋亡、氧化应激等,目前也是分子医学和生命科学等最前沿的研究领域之一。研究发现,如果ROS在细胞中过量积累,会对细胞内的蛋白质、核酸等生物大分子造成氧化损伤,且研究发现由ROS引起的细胞内的氧化损伤和细胞程序性死亡与心脏病、肌萎缩侧索硬化症等疾病相关联,同时,ROS在细胞衰老的过程和在癌症的发展过程中起到至关重要的作用。
由于条件致病真菌白念珠菌和酿酒酵母的基因同源性较高,抗病机制相似,但白念珠菌没有单倍体,其遗传操作不如酿酒酵母容易。因此,很多白念珠菌的基因研究,都是先从酿酒酵母基因组出发,研究酿酒酵母基因的功能,从而再研究白念珠菌中同源基因的功能。酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae),隶属于半知菌亚门,芽孢菌纲,隐球酵母目,隐球酵母科,酵母属,也称啤酒酵母或芽殖酵母(budding yeast),因其具有单细胞、繁殖快、有单倍体和双倍体两种状态存在等优点,被当做真核模式生物。酿酒酵母全基因组的测序完成及对其基因组和蛋白组学的研究探索,为其他真核生物尤其是高等生物及人类的基因组结构和功能的研究和探索提供了基础,尤其是为人类疾病的研究提供了模型。然而,目前酿酒酵母中哪些基因改变对抗真菌药物酮康唑具有抗性并不明确,无法有针对性的利用酿酒酵母对酮康唑药物进行改良。
发明内容
为了克服上述问题,本发明利用添加2μg/mL克霉唑的YPD培养基,对酿酒酵母基因缺失株进行大规模筛选,得到了五种对2μg/mL克霉唑具有抗性的基因缺失菌株,说明缺失该基因之后,2μg/mL克霉唑对其没有抗菌效果。因此,从这五个基因出发,用以改良克霉唑及新的抗真菌药物的研发,可以解决临床上一部分真菌抗药性的问题。
本发明的第一个目的是提供一种具有克霉唑抗性的酿酒酵母,所述酿酒酵母缺失了核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示的MRX14基因、核苷酸序列如SEQ ID NO.2所示的SLS1基因、核苷酸序列如SEQ ID NO.3所示的MRPL37基因、核苷酸序列如SEQ ID NO.4所示的IRC19基因或核苷酸序列如SEQ ID NO.5所示的RML2基因中的一种或多种。
在本发明的一种实施方式中,所述酿酒酵母的宿主为酿酒酵母BY4743。
本发明的第二个目的是提供所述的酿酒酵母在克霉唑药物生产改良中的应用。
本发明的第三个目的是提供所述的酿酒酵母在抗真菌药物生产中的应用。
本发明的第四个目的是提供一种酿酒酵母MRX14基因在克霉唑药物改良中的应用,所述MRX14基因的核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示。
本发明的第五个目的是提供一种酿酒酵母SLS1基因在克霉唑药物改良中的应用,所述SLS1基因的核苷酸序列如SEQ ID NO.2所示。
本发明的第六个目的是提供一种酿酒酵母MRPL37基因在克霉唑药物改良中的应用,所述MRPL37基因的核苷酸序列如SEQ ID NO.3所示。
本发明的第七个目的是提供一种酿酒酵母IRC19基因在克霉唑药物改良中的应用,所述IRC19基因的核苷酸序列如SEQ ID NO.4所示。
本发明的第八个目的是提供一种酿酒酵母RML2基因在克霉唑药物改良中的应用,所述RML2基因的核苷酸序列如SEQ ID NO.5所示
在本发明的一种实施方式中,是以从美国Invitrogen Inc公司购买的酿酒酵母双倍体单基因缺失菌株文库出发,对该文库中以BY4743为母菌株的4600多个单基因缺失株进行96孔板液体培养筛选:在添加1μg/mL克霉唑的YPD液体培养基上对菌株进行培养24小时进行抗性筛选。
本发明的有益效果在于:
本发明提供的五个基因缺失菌株对临床上使用的抗真菌药物克霉唑具有抗性,因此,可从这五个酿酒酵母基因作为研究基础出发,进行克霉唑的生产改良以及其他抗真菌新药物的研发,同时,也可找出其他致病真菌中和这五个基因同源的基因,得到单基因缺失株,用以验证克霉唑及其他新开发的抗真菌药物的临床效果。
附图说明
图1为mrx14、sls1、mrpl37、irc19、rml2五株菌在2μg/mL克霉唑D固体培养基中的表型;
图2为mrx14、sls1、mrpl37、irc19、rml2五株菌抗氧化活性测定结果。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明,以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施,但所举实施例不作为对本发明的限定。
在本发明中,首先采用96孔板液体筛选的方法,对文库中以BY4743为母菌株的4600多个单基因缺失株进行筛选,在添加1μg/mL克霉唑的YPD液体培养基上对菌株进行培养24小时,和野生型相比,发现mrx14、sls1、mrpl37、irc19、rml2五株菌对克霉唑具有抗性,然后在添加2μg/mL克霉唑的YPD固体培养基上进行进一步倍比稀释验证,确定和野生型相比,mrx14、sls1、mrpl37、irc19、rml2五株菌对2μg/mL克霉唑具有抗性,进而对它们抗氧化活性进行了测定。
YPD培养基组成:每升YPD培养基含有20g蛋白胨,20g葡萄糖和10g酵母提取物,定容后1×105Pa灭菌30min。固体培养基每升加入20g的琼脂粉。
实施例1:96孔板液体培养基初筛
1.96孔板每个孔中加入200μL YPD液体培养基,每个孔中接种活化缺失株文库中不同菌株,过夜培养菌株至饱和。
2.预先配置YPD液体培养基和YPD+1μg/mL克霉唑的液体培养基,分别加至两个96孔板中,每个孔加培养基180μL。
3.两个96板上相同位置分别加入20μL相同浓度的已活化的同一种缺失株菌液,同时,在每块96孔板的固定位置加入一个野生型对照,30℃过夜培养。
4.过夜培养之后的96孔板用涡旋仪轻轻混匀,用酶标仪测定每个孔的OD600数值。
5.YPD培养基培养的菌株OD600数值减去相应YPD+1μg/mL克霉唑培养的同一菌株的OD600数值,和野生型差值比较,差值小于-0.3以上的,视为抗性菌株。
在添加1μg/mL克霉唑的YPD液体培养基上对菌株进行培养24小时,发现mrx14、sls1、mrpl37、irc19、rml2五株菌对克霉唑具有抗性。
实施例2:倍比稀释筛选验证
1.预先在YPD固体平板上活化初筛得到的抗性菌株及野生型菌株。
2.接种已活化的抗性菌株及野生型对照菌株单菌落于3mL YPD液体培养基中,220r/min,30℃过夜培养至饱和。
3.用无菌水十倍梯度稀释培养饱和的菌液,使每个菌株分别稀释成5×106、5×105、5×104、5×103和5×102cells/mL 5个梯度浓度。
4.分别取2μL每个菌株不同梯度的稀释菌液在预先配制好的YPD和YPD+2μg/mL克霉唑的平板上点板,最后一行加上野生型对照,30℃培养48小时。
5.观察菌落生长情况,拍照,从初筛结果中验证出真正对于克霉唑抗性的菌株。
由图1所示,在添加2μg/mL克霉唑的YPD固体培养基上进行进一步倍比稀释验证,确定和野生型相比,mrx14、sls1、mrpl37、irc19、rml2五株菌对2μg/mL克霉唑均具有抗性。
实施例3:抗性菌株细胞中ROS测定
1.预先在YPD固体平板上活化得到的抗性菌株及野生型菌株。
2.接种已活化的抗性菌株及野生型对照菌株单菌落于3mL YPD液体培养基中,220r/min,30℃过夜培养至饱和。
3.饱和菌液以十分之一的量转接两份,其中一份加入终浓度为1μg/mL的克霉唑,两份中都加入终浓度为2μg/mL的DHE,避光培养至对数生长期。
4.3步骤培养的分别取菌液1.5mL,室温下4 000r/min收集菌体。
5.用500μL PBS缓冲液洗2次,重悬到500μL的PBS中。
6.每个菌液取200μL分别加入黑色和透明的96孔板中。
7.黑色96孔板用荧光酶标仪进行测定荧光,激发波长490nm,发射波长610nm,PMT自动,透明的96孔板用来测定OD600值。
8.每个菌株的荧光值除以OD600值,得到了其细胞内ROS含量的多少和加入克霉唑之后细胞内ROS变化。
和野生型相比,mrx14、mrpl37、irc19三株菌加入克霉唑之后,细胞内的氧化损伤更加严重,而sls1和rml2加入克霉唑之后,细胞内的氧化损伤反而降低了。因此,可以推测菌株sls1和rml2的抗克霉唑机制可能和细胞内氧化损伤降低有关。基因SLS1和RML2可用以研究后续由氧化损伤引起的疾病。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例,本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换,均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
序列表
<110> 江南大学
<120> 一种具有克霉唑抗性的酿酒酵母及其应用
<160> 5
<170> SIPOSequenceListing 1.0
<210> 1
<211> 318
<212> DNA
<213> (Saccharomyces cerevisae)
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