[發明專利]一株莢膜多聚唾液酸高度O-乙酰化修飾的大腸桿菌及其應用

有效

• 申請號: 202011276058.0
• 申請日: 2020-11-13
• 公開（公告）號: CN112375707B
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發明（設計）人: 楊靜華;周慧;金城
• 申請（專利權）人: 中國科學院微生物研究所
• 主分類號: C12N1/20
• 分類號: C12N1/20;A61K39/108;A61P31/04;C12P19/26;C07K16/12;C12R1/19
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
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本發明公開了一株莢膜多聚唾液酸高度O?乙酰化修飾的大腸桿菌及其應用。所述大腸桿菌為大腸埃希氏菌(Escherichia coli)，其菌株號為U9?41 Variant，其在中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心的登記入冊編號為CGMCC No.19571。該菌株可以用于生產天然的高水平O?乙酰化修飾的α2?8?多聚唾液酸，用于多糖疫苗的研發和相應抗體的制備；另一方面，該菌株也可以用于科研，揭示莢膜多聚唾液酸O?乙酰化修飾的生物學功能及其致病機制。

技術領域

本發明涉及微生物領域，具體涉及一株含有莢膜多聚唾液酸高度O-乙酰化修飾的大腸桿菌及其應用。

背景技術

大腸桿菌K1菌株(Escherichia coli K1，E.coli K1)是引起新生兒敗血癥、膿毒癥和化膿性腦膜炎的主要病原細菌，也是引起婦女尿道感染常見的病原細菌。此外，該菌株也引起家禽的呼吸道感染和敗血病并導致大面積家禽死亡，給家禽養殖企業帶來損失。該菌株定植在胃腸道的粘膜表面，穿過粘膜侵入血液，抵抗血清中抗體、補體和巨噬細胞的殺死，在血液中大量增殖，達到一定閾值，引起敗血癥；有時會激活炎癥反應導致免疫功能紊亂引起膿毒癥；如果細菌穿過血腦屏障侵入中樞神經系統，感染軟腦膜、脊髓膜和腦脊液，最終引起腦膜炎。目前，盡管有抗菌藥物治療，但是大腸桿菌K1菌株導致的死亡率仍然高達15％-40％，而幸存者往往發生永久性神經系統后遺癥，包括聽力受損、智力發育遲緩、局灶性神經功能缺損。

大腸桿菌表面包裹一層莢膜多糖(Capsular polysaccharide)，又稱莢膜抗原或K抗原。根據多糖結構的不同分為80種不同的K抗原。其中，K1莢膜多糖(K1抗原)與人的神經細胞表面的黏附分子(NACM)的糖鏈結構相同，能夠通過分子模擬(Molecular mimicry)的機制使細菌逃避宿主免疫系統的識別和清除，因此是細菌關鍵的致病因子，也是開發抵抗和預防腦膜炎感染的抗體和糖疫苗的靶位點。此外，多聚唾液酸帶有大量的負電荷且具有親水性，使細胞膜之間的距離增大，失去彼此黏附的能力，從而影響了細胞之間的相互作用。在一些腫瘤組織中，多聚唾液酸高表達，促進癌細胞分離和向腦部轉移，而血清中的多聚唾液酸化NACM有望成為神經細胞瘤的臨床標示。

K1莢膜多糖由α2-8連接的多聚唾液酸(Polysialic acid，PSA)組成，即唾液酸單體(Neu5Ac)通過α2-8糖苷鍵連接聚合而成的線性多糖長鏈，分子式是(Neu5Acα2-8Neu5Ac)n。因此，K1莢膜多糖又被稱為K1莢膜多聚唾液酸。唾液酸是自然界中唯一含有9個碳原子的酸性單糖，是N-乙酰神經氨酸的天然衍生物。唾液酸分子經常被O-乙酰化修飾(圖1)，是在乙酰基轉移酶的作用下，碳原子的羥基去質子化，被乙酰輔酶A的乙酰基團取代。O-乙酰化修飾通常發生在唾液酸分子的第7、8或9位碳原子上。而且，隨著環境酸堿性的改變，O-乙酰基團可以在這些碳原子間移動。在唾液酸長鏈中，被O-乙酰化修飾的唾液酸單體的數量不同導致莢膜多聚唾液酸的O-乙酰化水平不同。

O-乙酰化修飾改變了K1莢膜多聚唾液酸的物理化學特征。O-乙酰基團是不帶電的極性基團，增加了莢膜多糖的疏水性，改變了多糖的立體空間結構，增強了細菌對溶菌酶和唾液酸水解酶的抗性。而且，O-乙酰化修飾的糖結構可能成為新的抗原決定簇，刺激機體產生新的抗體。因此，O-乙酰化修飾改變了K1莢膜多糖的抗原性和免疫原性。此外，臨床研究表明，莢膜多聚唾液酸的O-乙酰化修飾和膿毒癥相關，從患者血液中分離到的大腸桿菌K1菌株多為莢膜多聚唾液酸O-乙酰化修飾的菌株。因此，K1莢膜多聚唾液酸的O-乙酰化修飾增強了細菌的毒力。但是，在自然條件下，絕大多數大腸桿菌K1菌株的莢膜多聚唾液酸O-乙酰化水平低。只有在特殊條件下，莢膜多糖的O-乙酰化水平改變以適應新的環境的變化，使細菌得以生存下去。

細菌性腦膜炎的治療主要依靠抗生素，但是隨著抗生素的濫用出現耐藥菌株，幾乎使第一線藥物療效盡失。因此，研發莢膜多聚唾液酸的糖疫苗對于預防和控制新生兒腦膜炎感染非常重要，迫在眉睫。而高水平O-乙酰化修飾的K1莢膜多糖會增強糖疫苗的抗原性和免疫原性。因此，發現含有天然合成高度O-乙酰化修飾的莢膜多聚唾液酸的大腸桿菌菌株對高效糖疫苗的研制和特異性抗體的制備是重要的。