鸭疫里默氏杆菌bioF基因的鉴定及其对细菌形态和毒力的作用

鸭疫里默氏杆菌(Riemrella anatipestifer)是革兰氏阴性菌，属黄杆菌科，可产生荚膜、不形成鞭毛和芽孢。鸭疫里默氏杆菌感染常引起2周龄～8周龄雏鸭大批发病和死亡，临诊上主要表现为眼和鼻分泌物增多、喘气、咳嗽、下痢、共济失调和头颈震颤，少数慢性病例出现头颈歪斜等症状。病变以纤维素性心包炎、肝周炎、气囊炎、脑膜炎及部分病例出现关节炎为特征，是危害肉鸭养殖业的一种最常见细菌病。

生物素，又称为维生素H、辅酶R，在生物体内通过羧化、脱羧以及转羧基的方式参与脂肪酸合成、糖异生和氨基酸代谢。生物素合成包括：(1)合成前体分子庚二酸单酰-CoA，该过程具有菌属特异性；(2)从庚二酸单酰-CoA合成生物素，该过程高度保守，包括四步反应过程，其中8氨基-7酮基壬酸合成酶(BioF)催化第一步由L-丙氨酸与庚二酸ACP反应生成8氨基-7酮基壬酸(KAPA)。近期发表于《Scientific Reports》的报道，首次对鸭疫里默氏杆菌BioF的编码基因及其在细菌形态和致病中的作用进行了研究，通讯作者为中国农业科学院上海兽医研究所于圣青研究员。该研究表明鸭疫里默氏杆菌BioF由AS87_RS09170基因(bioF)编码，western blot分析生物素化蛋白表明其在bioF缺失株中的含量明显低于野生株，该基因在鸭疫里默氏杆菌中高度保守。进一步研究发现生物素对鸭疫里默氏杆菌在体外培养基中的生长十分重要，bioF缺失株不能在去除生物素的培养基中生长，而添加一定浓度的生物素后，缺失株可以恢复生长；动物感染试验结果表明bioF缺失株在雏鸭体内的存活能力明显减弱，感染后48 h被完全清除。此外，bioF缺失株黏附侵入细胞的能力明显增强，通过透射电镜和扫描电镜观察，发现大部分bioF缺失株含有多个芽生的赘生物，部分菌株外膜不规则或局部增厚，凹凸不平。SDS-PAGE和质谱分析细菌膜蛋白发现，缺失株的外膜蛋白含有较多的胞浆蛋白成分，推测其细菌形态的变化是由于bioF缺失导致代谢障碍，影响细菌胞膜的合成而致“胞浆外漏”，在细菌表面形成类似赘生物的形态结构。

该研究首次揭示了鸭疫里默氏杆菌生物素的合成与细菌毒力相关，由于bioF基因高度保守，未来可以考虑将其作为新药物的靶标进行研究；并且，bioF基因缺失株的毒力显著下降，因此可以用作候选株进行弱毒疫苗研究。该研究结果对制订鸭疫里默氏杆菌病新的防控策略具有重要指导意义。