lpfD基因调控沙门氏菌生物膜形成的分子机制及其抗感染应用潜力

本研究通过CRISPR-Cas9基因编辑技术构建lpfD基因敲除株（DSE06-ΔlpfD）、回补株（DSE06-CΔlpfD）和重组株（DSK01-lpfD(+)），首次揭示长极性菌毛（LPF）尖端黏附素基因lpfD通过调控csgD/csgA/csgB通路显著增强沙门氏菌生物膜（BF）形成能力，为抗生物膜感染提供新靶点。

　　

Highlight

沙门氏菌生物膜（BF）形成是持续感染的关键因素，其中菌毛黏附起核心作用。编码长极性菌毛（LPF）尖端黏附素的lpfD基因在BF发育中的调控机制尚不明确。本研究通过全基因组测序鉴定高BF形成菌株DSE06与低BF菌株DSK01的lpfD基因差异，利用分子生物学技术构建lpfD敲除株DSE06-ΔlpfD、回补株DSE06-CΔlpfD和重组株DSK01-lpfD⁽⁺⁾。通过培养实验、结晶紫染色、扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）分析菌株生长曲线与BF形成能力，比较Caco-2细胞黏附侵袭效率，并评估关键BF基因csgD、csgA和csgB的mRNA表达水平。

关键发现

遗传修饰未影响细菌生长。在野生型、敲除株、回补株和重组株中，DSE06-ΔlpfD的BF形成能力显著降低（P < 0.01），而DSK01-lpfD⁽⁺⁾显著增强（P < 0.01），DSE06-CΔlpfD部分恢复。DSE06和DSK01-lpfD⁽⁺⁾形成的BF呈现致密网状结构，而DSE06-ΔlpfD表现为分散分布。lpfD缺失未改变LPF超微结构形态。与DSE06、DSE06-CΔlpfD和DSK01-lpfD⁽⁺⁾相比，DSE06-ΔlpfD的黏附侵袭率显著下降。在DSE06-ΔlpfD中，csgD、csgA和csgB表达量较DSE06显著降低（P < 0.01）。这些结果揭示了lpfD基因在沙门氏菌BF形成中的核心作用及其抗感染控制潜力。

结论

本研究通过构建lpfD基因工程菌株，从表型与基因型层面阐明lpfD通过调控csgD/csg通路增强沙门氏菌BF形成能力。lpfD基因可作为抗BF新型制剂的开发靶点。