[发明专利]一株荚膜多聚唾液酸高度O-乙酰化修饰的大肠杆菌及其应用

说明书

本发明公开了一株荚膜多聚唾液酸高度O‑乙酰化修饰的大肠杆菌及其应用。所述大肠杆菌为大肠埃希氏菌(Escherichia coli)，其菌株号为U9‑41 Variant，其在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心的登记入册编号为CGMCC No.19571。该菌株可以用于生产天然的高水平O‑乙酰化修饰的α2‑8‑多聚唾液酸，用于多糖疫苗的研发和相应抗体的制备；另一方面，该菌株也可以用于科研，揭示荚膜多聚唾液酸O‑乙酰化修饰的生物学功能及其致病机制。

技术领域

本发明涉及微生物领域，具体涉及一株含有荚膜多聚唾液酸高度O-乙酰化修饰的大肠杆菌及其应用。

背景技术

大肠杆菌K1菌株(Escherichia coli K1，E.coli K1)是引起新生儿败血症、脓毒症和化脓性脑膜炎的主要病原细菌，也是引起妇女尿道感染常见的病原细菌。此外，该菌株也引起家禽的呼吸道感染和败血病并导致大面积家禽死亡，给家禽养殖企业带来损失。该菌株定植在胃肠道的粘膜表面，穿过粘膜侵入血液，抵抗血清中抗体、补体和巨噬细胞的杀死，在血液中大量增殖，达到一定阈值，引起败血症；有时会激活炎症反应导致免疫功能紊乱引起脓毒症；如果细菌穿过血脑屏障侵入中枢神经系统，感染软脑膜、脊髓膜和脑脊液，最终引起脑膜炎。目前，尽管有抗菌药物治疗，但是大肠杆菌K1菌株导致的死亡率仍然高达15％-40％，而幸存者往往发生永久性神经系统后遗症，包括听力受损、智力发育迟缓、局灶性神经功能缺损。

大肠杆菌表面包裹一层荚膜多糖(Capsular polysaccharide)，又称荚膜抗原或K抗原。根据多糖结构的不同分为80种不同的K抗原。其中，K1荚膜多糖(K1抗原)与人的神经细胞表面的黏附分子(NACM)的糖链结构相同，能够通过分子模拟(Molecular mimicry)的机制使细菌逃避宿主免疫系统的识别和清除，因此是细菌关键的致病因子，也是开发抵抗和预防脑膜炎感染的抗体和糖疫苗的靶位点。此外，多聚唾液酸带有大量的负电荷且具有亲水性，使细胞膜之间的距离增大，失去彼此黏附的能力，从而影响了细胞之间的相互作用。在一些肿瘤组织中，多聚唾液酸高表达，促进癌细胞分离和向脑部转移，而血清中的多聚唾液酸化NACM有望成为神经细胞瘤的临床标示。

K1荚膜多糖由α2-8连接的多聚唾液酸(Polysialic acid，PSA)组成，即唾液酸单体(Neu5Ac)通过α2-8糖苷键连接聚合而成的线性多糖长链，分子式是(Neu5Acα2-8Neu5Ac)n。因此，K1荚膜多糖又被称为K1荚膜多聚唾液酸。唾液酸是自然界中唯一含有9个碳原子的酸性单糖，是N-乙酰神经氨酸的天然衍生物。唾液酸分子经常被O-乙酰化修饰(图1)，是在乙酰基转移酶的作用下，碳原子的羟基去质子化，被乙酰辅酶A的乙酰基团取代。O-乙酰化修饰通常发生在唾液酸分子的第7、8或9位碳原子上。而且，随着环境酸碱性的改变，O-乙酰基团可以在这些碳原子间移动。在唾液酸长链中，被O-乙酰化修饰的唾液酸单体的数量不同导致荚膜多聚唾液酸的O-乙酰化水平不同。

O-乙酰化修饰改变了K1荚膜多聚唾液酸的物理化学特征。O-乙酰基团是不带电的极性基团，增加了荚膜多糖的疏水性，改变了多糖的立体空间结构，增强了细菌对溶菌酶和唾液酸水解酶的抗性。而且，O-乙酰化修饰的糖结构可能成为新的抗原决定簇，刺激机体产生新的抗体。因此，O-乙酰化修饰改变了K1荚膜多糖的抗原性和免疫原性。此外，临床研究表明，荚膜多聚唾液酸的O-乙酰化修饰和脓毒症相关，从患者血液中分离到的大肠杆菌K1菌株多为荚膜多聚唾液酸O-乙酰化修饰的菌株。因此，K1荚膜多聚唾液酸的O-乙酰化修饰增强了细菌的毒力。但是，在自然条件下，绝大多数大肠杆菌K1菌株的荚膜多聚唾液酸O-乙酰化水平低。只有在特殊条件下，荚膜多糖的O-乙酰化水平改变以适应新的环境的变化，使细菌得以生存下去。

细菌性脑膜炎的治疗主要依靠抗生素，但是随着抗生素的滥用出现耐药菌株，几乎使第一线药物疗效尽失。因此，研发荚膜多聚唾液酸的糖疫苗对于预防和控制新生儿脑膜炎感染非常重要，迫在眉睫。而高水平O-乙酰化修饰的K1荚膜多糖会增强糖疫苗的抗原性和免疫原性。因此，发现含有天然合成高度O-乙酰化修饰的荚膜多聚唾液酸的大肠杆菌菌株对高效糖疫苗的研制和特异性抗体的制备是重要的。