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2024-07-29 作者:

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第29卷 第1期 海洋水产研究 Vo1.29,NO.1 2 0 0 8 年2月 MARINE FISHERIES RESEARCH Feb.,2008 哈维氏弧茵TS一628菌株胞外产物(ECP)蛋 白酶活性的研究 覃映雪 。 苏永全。 陈雅芳。 王 军。 ( 集美大学水产学院,厦门361021) ( 厦门大学海洋系,亚热带海洋研究所,361005) 摘要 采用复性电泳技术,研究环境PH、温度及培养时间对哈维氏孤菌TS一628菌株胞外产物 (ECP)蛋白酶活性的影响。结果表明,胞外产物蛋白酶最适反应pH在8.5左右,酸对ECP蛋白酶 活性的抑制明显强于碱对它的抑制作用;最适反应温度在20~50℃之间,20℃以下或50℃以上蛋 白酶活性则受到明显抑制,表明蛋白酶不仅对高温敏感,对低温也很敏感;培养12 h的胞外产物蛋白 酶活性最强。最适温度和pH条件下,主要出现3种蛋白酶,其中分子量为94 kDa和26 kDa的两种 蛋白显示了很强的蛋白酶活性,而且能在比较极端的温度和pH值条件下保持活性,而分子量为35 kDa蛋白酶只在最适反应条件下出现,并且该蛋白酶的最适反应条件与弧菌病暴发时的环境条件极 为相似。由此可推测分子量94 kDa和分子量为26 kDa的两种蛋白可能是弧茵维持生存所必需,而 分子量为35 kDa的蛋白酶虽然只出现在特定条件下,却可能在致病过程中起重要作用。 关键词 哈维氏孤菌 胞外产物 蛋白酶 中图分类号 S917.1 文献识别码 A 文章编号 1000—7075(2008)01—0081-05 Study on protease activities of the ECP of pathogenic bacterium Vibrio harveyi strain TS--628 QIN Ying—xue '。 SU Yong—quan。 C H EN Ya—fang。 WANG J un。 ( Fisheries College,Jimei University,Xiamen,361021) ( Department of Oceanography,Institute of Subtropic Ocean,Xiamen University,361005) ABSTRACT SDS——gelatin——PAGE assay was used to study the effects of p H,temperatures, and growing time on the protease activities of the extracellular products(ECP)of Vibrio har— veyi TS-628 strain.The results showed that the optimal pH for ECP protease activity was a— bout 8.5 and the protease activity was inhibited more easily by lower values of pH than by high— er ones.The optimal temperature for the protease was 20 ̄50℃,and significant decrease in ac— tivity was observed at temperatures below 20℃or above 50。C,which indicated that the protease was sensitive to both low and high temperatures.The highest level of the extracellular product protease activity was present after 1 2 h incubation.Under the condition of optimal temperatures 福建省青年科技人才创新基金项目(2OO6F3O96)和集美大学科研基金项目共同资助 *通讯作者。E-mail;yqsu@jingxian.xmu.edu.crt 收稿日期:2007—03 03;接受日期:2007—06—29 作者简介;覃映雪(1976一),女,博士,主要从事水产病害微生物研究。E-mail:Yingxue—qin@163.corn,Tel:(0592)6180204 维普资讯

82 海洋水产研究 第29卷 and pH,there were three kinds of protease present:94kDa,26kDa and 35kDa。The 94kDa and 26kDa proteases displayed high activity and could remain active under extreme temperatures and p H,while the 3 5 kDa protease was only active under the optimal condition,which was similar to the condition for the outburst of pathogenic vibrio.It is suggested that the 94kDa and 26kDa proteases were necessary in maintaining the vibrio survival and the 35kDa protease could play an important role in the pathogenicity of the bacteria. KEY WORDS Ⅵbrio harveyi Extracellular products Protease 胞外产物(ECP)是致病菌在生长繁殖过程中释放出的代谢产物,是侵染机体的主要成分之一。ECP可以 抵抗宿主免疫因子的作用,分解破坏宿主机体的组织成分,有利于其他病原的进一步侵染;还可以破坏机体血 淋巴中凝血系统的酶活性,破坏血细胞,影响其功能发挥,并导致溶血现象的发生等等,因此ECP成为决定病 原菌毒力的重要因素之一。 ECP的致病成分主要有蛋白酶、溶血素、肠毒素、细胞毒素等等。致病性弧菌能产生多种蛋白酶,主要有半胱 氨酸蛋白酶、丝氨酸蛋白酶、弹性蛋白酶、胶原蛋白酶、明胶酶等等(吴后波等2003)。蛋白酶的活性对病原菌的 致病性具有重要作用,而且已在多种鱼、虾的病原弧菌中发现具有强烈致病作用的胞外蛋白酶。哈维氏弧菌是水 产养殖中常见的条件致病菌(Austin eta1. 2006),关于其胞外产物蛋白酶的研究也有零星报道(Fukasawa et a1. 1988a,b;Liu eta1. 1997;Lee eta1. 1995;Zhang eta1. 2000),但研究结果往往因人而异,说明ECP蛋白酶受 多种因子影响,不同来源菌株的蛋白酶生化性质各不相同,因此有必要对所分离到的哈维氏弧菌TS-628菌株的 EPC蛋白酶的生物活性及影响因子进行研究,以探寻蛋白酶与病原菌致病性之间的关系。 复性电泳法也称明胶原位消化法,它是2O世纪7O年代初建立起来的一种电泳技术,该技术的特点是在丙 烯酰胺胶液中加入易为蛋白酶水解的明胶,明胶在电泳过程中不发生位移,而蛋白酶与SDS结合发生可逆变 性,电泳完毕后用TritonX一100等非离子去垢剂去除SDS恢复蛋白酶活性,经过适当温育,考马斯亮兰R250 染色后在无蛋白酶作用的地方胶被染成兰色,而有蛋白酶作用的地方胶呈现无色透明区,透明区的位置可反映 蛋白酶的等电点和相对分子量,而透明区的大小和透光度可反映酶的活性强弱(Heussen et a1. 1980)。这种 技术已经在动植物发育和衰亡过程蛋白酶活性变化的研究中得到广泛应用(Jiang et a1. 1999;Paul 1998; 张胜新等 1997),但在有关细菌蛋白酶活性研究方面还鲜有报道。 本试验以养殖青石斑鱼Epinephelus awoara溃疡病分离的细菌性病原哈维氏弧菌TS-628株为对象,尝 试采用复性电泳技术,研究环境pH值、温度及培养时间对该菌胞外产物蛋白酶活性的影响,为探索弧菌的致 病机制提供理论基础,并探寻防治弧菌病的有效措施。 1材料与方法 1.1 材料 1.1.1 实验菌株 哈维氏弧菌TS-628菌株于2002年由本实验室从患溃疡病的青石斑鱼分离保存(Qin et a1. 2006)。 1.1.2 主要试剂 培养基为胰大豆胨琼脂(TsA)和胰大豆胨肉汤(TSB)(北京陆桥医学生物技术公司),配制时NaCI含量 加至20%o。丙稀酰胺、十二烷基磺酸钠(SDS)等主要生化试剂均为BBI公司产品,其他常规化学试剂为国产 分析纯。 1.2方法 1.2.1 胞外产物的制备 菌种接种TSB培养基,3O℃培养24 h后离心收集菌体,无菌PBS(pH7.2)反复洗涤菌体3次,最后将 维普资讯

第l期 覃映雪等:哈维氏弧菌TS-628菌株胞外产物(ECP)蛋白酶活性的研究 83 PBS稀释的菌悬液均匀涂布于表面覆盖着灭菌玻璃纸的TSA平板上,30℃培养,培养12、24、36、48、60和72 h后分别收集样品。用适量无菌PBS悬浮玻璃纸上的细菌及其分泌物,并将其收集到1.5 ml离心管中, 25 000 g 4℃离心6O min,收集上清液用0.22 m滤纸过滤,Bradford方法测定蛋白含量后小量分装置一20℃ 备用。 1.2.2胞外产物的复性电泳 1.2.2.1 pH对哈维氏弧菌TS-628胞外产物蛋白酶活性的影响 参照有关文献(Zhang et a1. 2000;Heussen et a1. 1980; Jiang et a1. 1999;Paul et a1. 1998)并 稍作改进。具体如下:电泳采用5 的积层胶、10 分离胶,制备分离胶时加入0.1 的明胶作为底物。哈维氏 弧菌TS-628培养36 h的胞外产物样品与等体积非变性上样缓冲液混合,室温下静置10 min后上样,每个上 样孔加入4.5 g样品。电泳采用Bio—Rad公司mini—PROTEAN II 装置,在4℃下50V预电泳15 min后 100 V恒压电泳2 h。电泳完毕,用复性缓冲液漂洗凝胶两次,每次15 min。然后将凝胶按泳道切割成大小相 仿的胶条,置于pH分别为4、6、7、8.5和10的反应缓冲液中,35℃温育3 h。染色液染色30 min,脱色液脱色 至透明区域清晰透亮。同样条件下制备不含明胶的聚丙稀酰胺凝胶,同时进行电泳、染色和脱色,根据蛋白质 Marker的分子量计算出蛋白酶的大致分子量。 1.2.2.2温度对哈维氏弧菌TS-628胞外产物蛋白酶活性的影响 方法基本同1.2.2.1,但反应缓冲的pH值固定为7,反应温度分别为4、10、20、30、50、60、80和100。C。 1.2.2.3 培养时问对哈维氏弧菌TS-628胞外产物蛋白酶活性的影响 电泳样品为经过12、24、36、48、60和72 h培养的胞外产物,上样量都是4 g,反应温度为35℃,反应缓冲 液PH为7,其余同1.2.2.1。 2 结果 2.1 pH对哈维氏弧菌TS-628胞外产物蛋白酶活性 的影响 从图1可以看出:一种分子量约为94kDa的大分 子蛋白酶的活性在pH高于或低于8.5时都有所减 弱,变化并不强烈;另一种为分子量约为35kDa,这种 蛋白酶的活性相对较弱,而且对pH极其敏感,只出现 在pH7 ̄8.5的范围内,过酸或过碱则消失;还有一种 6kDa 5 kDa 分子量约为26kDa的蛋白酶,这种蛋白酶活性很强, 尤其是在反应缓冲液为最适pH即pH一8.5时,表现 出的透明区范围最大,它对pH有一定的敏感度,在 图1 pH对病原菌胞外产物蛋白酶活性的影响 Fig.1 Effect of the incubation buffer pH on the protease activity of extracellular products pH低于或高于8.5时蛋白酶的活性都受到抑制,并 在反应pH一4时几乎完全消失。 2.2温度对哈维氏弧菌TS-628胞外产物蛋白酶活性的影响 由图2也可以看到哈维氏弧菌胞外产物中3种主要的蛋白酶,温度对分子量94kDa的大分子蛋白酶的影 响较pH对它的影响明显,最适反应温度在30 ̄50。C之间,低于30℃或高于50℃蛋白酶活性受到抑制,而且 该酶对高温的耐受性强于对低温的耐受性,100℃下温育3h仍保持一定的活性,而在4℃下活性完全消失;分 子量为35kDa的蛋白酶对温度也非常敏感,只出现在20~5O℃的温度范围内;而分子量为26kDa的蛋白酶的 最适反应温度是30~5O℃,随着温度的升高或降低,该酶所处位置出现的透明区逐渐缩小,透明度逐渐减弱。 维普资讯

84 海洋水产研究 第29卷 2.3培养时间对哈维氏弧菌TS一628胞外产物蛋白酶活性的影响 如图3所示,培养时问长短对哈维氏弧菌蛋白酶 种类和活性的影响较为显著。大体而言,所有样品中 12 h培养的胞外产物蛋白酶活性最强,随着培养时间 增加蛋白酶活性有逐渐下降的趋势,但培养时间达 60h蛋白酶活性有所回升。 就蛋白酶的种类而言,分子量为94kDa的大分子 蛋白酶和分子量约为26kDa的蛋白酶为所有样品所 共有,其中94kDa大分子蛋白酶的活性随培养时问的 增长逐渐减弱;26kDa的蛋白酶活性则是在36h出现 明显下降,之后培养时间增加对其活性影响不太明显。 而35kDa的蛋白酶在12和24h样品中没有出现,在 36h中出现后随培养时间增长活性有逐渐增强的趋 Fig.2 图2 pH为7的条件下温度对病原菌胞外产 物蛋白酶活性的影响 Effect of temperature On the protease activity at pH 7 势。在12和24h样品中还出现两条大致分子量分别 为41kDa和50kDa的蛋白酶,培养12h这两种蛋白酶 培养时间:72 6O 48 36 24 1 2 h 都显示很强的活性,到36h两种蛋白酶几乎全部消失。 另外,一种大分子量约为42kDa的蛋白在60h样品中 开始出现,72h该酶活性略有升高;还有一种分子量约 为44kDa的蛋白酶则是在72h才出现。 3 讨论 大量研究证明致病菌的蛋白酶与病原菌对宿主的 入侵、损害及致死等机制紧密相关,因此对致病菌蛋白 酶的研究已成为病害研究的热点。早期对哈维氏弧菌 胞外蛋白酶的研究发现,不同菌株纯化得到的胞外产 物蛋白酶并不相同。如从哈维氏弧菌FLA一11菌株纯 化得到的蛋白酶是一个四聚体,分子量为84kDa,在pH8.0和55℃条件下显示最大活性,在40℃以下活性稳 定。试验证明,该蛋白酶是一种对金属螯合剂敏感的碱性蛋白酶(Fukasawa et a1. 1988a);而另一株哈维氏 弧菌FLN一108则纯化得到两种对金属螯合剂敏感的碱性蛋白酶,分别为49kDa和46kDa的二聚体,在pH8.0 ~9.0和50℃条件下显示最大活性,在45℃下活性稳定(Fukasawa et a1. 1988b)。Liu等(1997)纯化哈维 氏弧菌820514菌株得到的胞外产物蛋白酶则是一种半胱氨酸蛋白酶,大致分子量为38kDa,经24 h培养的蛋 白酶产物最大活性出现在pH8.0和50。C的条件下,与Fukasawa的研究结果有相似的地方。Saeed(1995)则 发现培养36 h的哈维氏弧菌胞外产物的蛋白酶活性和溶血活性最强,而Zhang和Austin(2000)却认为哈维氏 弧菌胞外产物的毒性与培养基及培养基中NaC1的浓度有关,对试验虹鳟Oncorhynchus mykiss毒性最强的是 在NaC1的浓度为1 的胰大豆胨琼脂(TSA)培养基上培养24h的胞外产物,该产物具有最强的酪蛋白酶活 性。 综合前人的研究发现,不同学者所发现的哈维氏弧菌胞外产物蛋白酶的种类及生化性质不尽相同,主要是 与弧菌的来源和生长环境密切相关。在本研究中哈维氏弧菌TS一628菌株的蛋白酶组成因培养时问不同而有 所变化,但最适反应pH在8.5左右,酸对ECP蛋白酶活性的抑制明显强于碱对它的抑制作用;最适反应温度 在20~50。C之间,20℃以下或50℃以上蛋白酶活性则受到明显抑制;12h培养的胞外产物蛋白酶活性最强, 之后随着培养时间的增加蛋白酶活性有逐渐下降的趋势,但培养时间达60h蛋白酶活性有所回升。本研究的 菌株哈维氏弧菌TS一628源自厦门同安湾患病青石斑。同安湾地处亚热带海区,夏季特别是在持续高温炎热 维普资讯

第1期 覃映雪等:哈维氏弧菌TS-628菌株胞外产物(ECP)蛋白酶活性的研究 85 的气候下,海水的表层水温有时可达3O℃以上;同时海洋又是一个巨大的缓冲体系,它的pH值偏碱性,一般 保持在7.5~8.4之间,高温干旱的天气海水pH值略有升高,而低温或多雨的天气海水pH值则有所下降。 海区的这些水文特征与病原菌蛋白酶的最适反应条件接近,这大概也是哈维氏弧菌引发的溃疡病易在高温、干 旱的气候条件下暴发,而在大量降雨气温下降之后病害得到缓解的原因之一。另外,最适温度和pH条件下, 主要出现3种蛋白酶,其中分子量为94kDa和26kDa的两种蛋白酶显示了很强的活性,而且能在比较极端的 温度和pH值条件下保持活性,而分子量为35kDa的蛋白酶只在最适反应条件下才出现,而且它的最适条件与 病害暴发时的环境条件极其相似。由此可推测分子量94kDa和26kDa的两种蛋白酶可能是弧菌维持生长繁 殖所必需,而分子量为35kDa的蛋白酶虽然只出现在最适条件下,却可能在病原菌的致病性中起重要作用。 总之,通过对哈维氏弧菌TS一628菌株胞外产物蛋白酶活性的研究发现,在适宜环境条件下其胞外产物蛋 白酶具有很强的生物活性。另外,哈维氏弧菌胞外产物蛋白酶的种类至少3种以上,而且种类随培养时间长短 不同而有所变化,环境pH、温度和培养时间对各种蛋白酶活性都有不同程度的影响。可以推测,哈维氏弧菌 胞外产物蛋白酶在该菌的致病过程中具有重要作用,但其对鱼类的致死浓度及致病机理还有待进一步研究。 参 考 文 献 吴后波,潘金培.2003.病原弧菌的致病机理.水生生物学报,27(4):422 ̄426 张胜新,李金亭,徐存拴.1997.小白鼠发育过程中小肠蛋白酶活性变化的研究.动物学报,43(增刊):102~106 Austin,B.,and Zhang,X.H.2006.Vibrio harveyi:A significant pathogen of marine vertebrates and invertebrates.Letters in Applied Microbi ology,43:119—124 Fukasawa,S. Nakamura,K.,Kamii,A.,Ohyama,Y.,and Osumi,M.1988a.Purification and properties of a proteinase form a luminous bacteri— um,Vibrio harveyi strain FLA一11.Agric.Bio.Chem.52:435~441 Fukasawa,S.,Nakamura,K.,Miyahirg,M.,and Kurata,M.1988b.Some properties of two proteinases form a luminous bacterium,Vibrio har veyi strain FLN一108.Agric.Bio.Chem.52:3 009~3014 Liu,P.C.,Lee,K.K.,Tu,C.C,and Chen,S.N.1997.Purification and characterization of a cysteine protease produced by pathogenic lumi nous V/brio harveyi.Curr.Microbio1.35:32~39 Lee。K.K.,Chen,Y.L.,and Liu,P.C.1995.Hemostasis of tiger prawn Penaeus monodon affected by Vibrio harveyi,extracellular products, and a toxic cysteine protease.Blood Cell,Molecules,and Diseases,25(13):18O~192 Zhang,X.H.,and Austin,B.2000.Pathogenicity of Vibrio harveyi to salmonids.Journal of Fish Diseases,23:93~102 Heussen,C.,and Dowdle,E.B.1 980.Electrophoretic analysis of plasminogen activators in polyacrylamide gels containing sodium dodecyl sulfate and copoly merized substrates.Analytical Biochem.102:196~2O2 Jiang,W.,Lers,A.,Lomaniec,E.,and Aharoni,N.1999 Senescence-related serine protease in parsley.Phytochemistry,5O:377~382 Paul,S.,and Bernard,R.1998 Characterization of proteolytic activity during senescence in daylilies.Physiologia Plantarum,104:463~473 Qin,Y.X.,Wang,J.,Su,Y.Q.,Wang,D.X.,and Chen,X.Z.2006.Studies on the pathogenic bacterium of ulcer disease in Epinephelus Ⅱ叫0ⅡrⅡ.Acta Oceanologica Sinica,25(1):154~159 Saeed,M.O.1995.Association of Vibrio harveyi with mortalities in cultured marine fish in Kuwait.Aquaculture,136:21~29 

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