携带TCP-PAI基因的菌株表现出更强的毒力,这表明该致病性岛在Vibrio mediterranei对双壳类动物的致病性中起着重要作用

时间:2026年1月30日
来源:Journal of Invertebrate Pathology

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弧菌病致病机制研究揭示TCP-PAI基因簇对双壳类幼体致病性起关键作用,通过比较携带与缺失TCP-PAI的V. mediterranei菌株对刀鱼贝和血蛤的感染实验,发现TCP-PAI (+)菌株幼体致死率达96.67%-99%,显著高于TCP-PAI (-)菌株(48.89%-71%)。创新性建立TCP-PAI、tcpA、tcpB三重PCR检测体系,灵敏度达1.38×10³ copies/μL。研究为双壳类弧菌病防控提供分子诊断工具。

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邹晓辉|张海燕|刘胜|徐俊超|林志华|薛庆刚
中国浙江省万里大学水生种质资源重点实验室,宁波,浙江315100

摘要

几种Vibrio属细菌是重要的贝类病原体。Vibrio mediterranei以其对双壳类幼体的致病性而闻名,它含有一个名为TCP-PAI的致病性岛,该岛与Vibrio cholerae的TCP基因簇具有同源性。本研究通过比较从中国刀蛤(Sinonovacula constricta)和血蛤(Tegillarca granosa)幼体和幼虫中分离出的TCP-PAI(+)和TCP-PAI(−)菌株,探讨了TCP-PAI在V. mediterranei致病性中的作用。我们开发了三种独立的PCR检测方法来分别检测TCP-PAI、tcpAtcpB。检测结果显示:TCP-PAI(−)菌株扩增出949 bp的条带,TCP-PAI(+)菌株扩增出13375 bp的条带,tcpA扩增出415 bp的条带,tcpB扩增出400 bp的条带,其检测限分别为TCP-PAI 1.98 × 103拷贝/µL,tcpAtcpB为1.38 × 103拷贝/µL。共收集了352株Vibrio属菌株,其中来自健康刀蛤的300株,来自健康血蛤的6株,来自患病血蛤的46株。健康刀蛤中有3株(占总数的1%)被鉴定为V. mediterranei,且均为TCP-PAI(−)型;患病血蛤中有10株(占总数的21.7%)被鉴定为V. mediterranei,且均为TCP-PAI(+)型。在健康血蛤中未检测到V. mediterranei。感染实验表明,TCP-PAI(+)菌株导致的刀蛤死亡率为99%,血蛤死亡率为96.67%,显著高于TCP-PAI(−)菌株(分别为71%和48.89%)。这些发现突显了TCP-PAI作为V. mediterranei致病性的关键毒力因子。所开发的PCR检测方法为进一步研究TCP-PAI的作用和传播机制提供了工具,有助于理解V. mediterranei在双壳类动物中的致病机制。

引言

弧菌病是由Vibrio属病原体引起的,是水产养殖中最常见的疾病之一。这些病原体具有机会主义特性,在全球海洋环境中广泛存在(Fan等人,2023;Dubert等人,2017;Romalde等人,2014),可感染多种海洋生物,包括鱼类、软体动物、甲壳类动物和珊瑚(Austin和Zhang,2006;Austin和Austin,2007)。已知的主要致病菌株包括Vibrio harveyi(Jiravanichpaisal等人,1994)、V. vulnificus(Blake等人,1979)、V. anguillarum(Toranzo等人,2005)、V. ordalii(Schiewe等人,1981)、V. parahaemolyticus(Igbinosa和Okoh,2008)、V. coralliilyticus(Ben-Haim等人,2003)、V. neptunius(Galvis等人,2021)、V. tapetis(Borrego等人,1996)、V. aestuarianus(Labreuche等人,2006)、V. splendidus(Sugumar等人,1998)以及V. mediterranei(Fan等人,2023)。Vibrio感染会导致双壳类动物运动障碍、肌肉坏死、组织浸润甚至死亡,从而给渔业造成重大损失(Gómez-León等人,2005)。因此,研究Vibrio的致病机制对于减少双壳类水产养殖中的生长障碍和产量损失至关重要(Dubert等人,2016)。
V. mediterranei是一种嗜盐的革兰氏阴性细菌,最初于1986年在沿海地区的浮游生物、沉积物和海水中被发现(Carraturo等人,2006;Pujalte和Garay,1986)。虽然大多数V. mediterranei属于海洋环境中的正常微生物群,但某些菌株对双壳类动物和海藻具有致病性(Ter等人,2024;Prado等人,2020;Yang等人,2020)。2019年,中国浙江省宁波市贤祥镇的一家养殖场发生了严重的刀蛤(Sinonovacula constricta)幼体死亡事件,其原因被归结为V. mediterranei(Fan等人,2023)。研究表明,V. mediterranei的致病性取决于菌株类型。通过基因组和蛋白质组学分析发现,不同V. mediterranei菌株之间的毒力差异源于多种因素,如细胞外蛋白的组成、毒力因子的存在和表达以及基因调控(Fan等人,2024)。然而,V. mediterranei的致病机制以及整个Vibrio属的致病机制仍不完全清楚,决定其致病性的毒力因子也尚未得到充分理解。
致病细菌依靠毒力因子实现对宿主的侵袭,功能相关的毒力因子编码基因可以在基因组中聚集形成致病性岛(PAIs)(Gal-Mor和Finlay,2006)。PAIs是编码毒力因子成分的基因组岛(GIs),但在同一物种或近缘物种的非致病菌株中不存在(Heidelberg等人,2000;Hacker等人,1997)。有大量证据表明,PAIs是通过一种或多种水平基因转移(HGT)事件获得的(Klein等人,2018)。在对不同毒力水平的V. mediterranei菌株进行比较基因组分析时,我们在1号染色体上发现了一个12.5 kb的基因片段,该片段在低毒力菌株的基因组中缺失。该片段具有典型的PAIs特征,包含与V. cholerae的TCP基因簇(VPI-1)同源的基因簇。VPI-1的GC含量显著低于基因组平均水平。TCP基因簇与VPI-1具有相似的基因组结构,尽管其包含的基因数量较少。通过对主要pilin氨基酸序列的系统发育分析,发现V. mediterranei的TcpA与VPI-1的TcpA属于同一分支。基于这些序列特征,我们将该基因片段鉴定为V. mediterranei的PAI,并将其命名为TCP-PAI(Zhang等人,2025)。
Vibrio cholerae的VPI-1是Vibrio属中最被广泛研究的PAIs之一,是一个41.3 kb的DNA片段,存在于致病性V. cholerae菌株中(Kumar等人,2020)。VPI-1包含三个基因簇:AldA(醛脱氢酶A)、TCP(毒素调控菌毛)和ACF(辅助定植因子),以及整合酶和转座酶基因,并具有末端重复序列。TCP基因簇编码毒素调控菌毛(Heidelberg等人,2000),这种IV型菌毛对细菌的附着和定植至关重要。其名称来源于与霍乱毒素CTX基因的共表达(Taylor等人,1987)。TCP基因簇由15个基因组成,这些基因在细胞表面形成收缩性菌毛。主要结构蛋白TcpA(Li等人,2012)聚合形成菌毛,而次要结构蛋白TcpB(Ng等人,2016)在TcpA的末端形成微菌毛,以分泌TcpF并捕获CTXΦ。据报道,TcpA还与宿主附着和生物膜形成密切相关(Reguera和Kolter,2005)。TCP对于V. cholerae附着于宿主肠道黏膜表面并启动致病过程至关重要,缺乏TCP的菌株毒力较低(Karaolis等人,1999;Karaolis等人,1998;Lu等人,2007;Hu,2004)。先前的研究表明,携带TCP-PAI的V. mediterranei菌株表现出更强的表面附着能力和生物膜形成能力。然而,TCP-PAI对V. mediterranei致病性的具体作用仍有待进一步研究。
本研究的目的是探讨从野生和养殖蛤蜊中分离出的TCP-PAI(+)和TCP-PAI(−)型V. mediterranei菌株的毒力。我们开发了PCR检测方法来检测TCP-PAI及两个代表性基因tcpAtcpB,以确定V. mediterranei菌株的TCP-PAI基因型,并通过浸染实验测试了这些菌株对蛤蜊的致病性。

细菌菌株和动物

本研究使用的所有V. mediterranei菌株和动物信息列于表1和表2中,细菌的分离和鉴定方法如前文所述(Fan等人,2023)。简要来说,健康的刀蛤(Sinonovacula constricta)幼体和幼虫、健康的血蛤(Tegillarca granosa)幼体和幼虫,以及表现出停止进食、无法附着行为的患病血蛤幼体被收集到15 mL的无菌离心管中。

PCR检测方法的开发、灵敏度和特异性

退火温度和延伸时间显著影响PCR检测的灵敏度。为了优化这些条件,我们测试了不同的温度和延伸时间。PCR扩增结果表明,最佳扩增效率的条件如下:1) tcpA:62 ℃退火30秒,72 ℃延伸45秒,重复28次;2) tcpB:60 ℃退火30秒,72 ℃延伸45秒,重复30次;3)

讨论

频繁发生的弧菌病暴发导致软体动物产量大幅下降,造成重大经济损失(Beaz-Hidalgo等人,2010)。2023年,V. mediterranei被确定为双壳类幼体弧菌病的致病菌,研究发现不同V. mediterranei菌株之间的毒力存在显著差异(Fan等人,2023)。对不同毒力水平的V. mediterranei菌株进行比较基因组分析后发现其具有致病性差异。

CRediT作者贡献声明

邹晓辉:撰写 – 审稿与编辑,撰写 – 初稿,数据可视化,资金获取,数据分析,数据管理。张海燕:撰写 – 审稿与编辑,撰写 – 初稿,数据可视化,方法验证,资金获取,数据分析,概念构思。刘胜:撰写 – 审稿与编辑,撰写 – 初稿,资源获取,方法研究,数据管理。徐俊超:撰写 – 审稿与编辑,撰写 – 初稿,资源提供。林志华:

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金(32273110,32073010)、宁波市“3315”创新团队、农业部与农业部农村事务司联合支持的农业研究体系、浙江省“生物工程”一级学科学生创新项目(CX2024051)、浙江省高校基本科研业务费以及宁波市公益科技计划(2023S144)的支持。

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