BÁO CÁO " VAI TRÒ CỦA YSCW TRONG VIỆC TIẾT ĐỘC TỐ BỞI VI SINH VẬT GÂY BỆNH YERSINIA ENTEROCOLITICA " ppt

Tp chớ Khoa hc v Phỏt trin 2011: Tp 9, s 3: 485 - 491 TRNG I HC NễNG NGHIP H NI
VAI TRò CủA YscW TRONG VIệC TIếT ĐộC Tố
BởI VI SINH VậT GÂY BệNH
YERSINIA ENTEROCOLITICA
Evaluating the Role of YscW in Secretion of Virulence Factors by
Foodborne Pathogen Yersinia enterocolitica
Nguyn Hng Thu
1
, Zachary W. Bent
2
1
Khoa Cụng ngh thc phm, Trng i hc Nụng nghip H Ni, Vit Nam
2
Trng i hc California, Davis, Hoa K
a ch email tỏc gi liờn lc:
Ngy gi ng: 26.04.2011; Ngy chp nhn: 15.06.2011
TểM TT
YscW l mt lipoprotein nm mng ngoi t bo ca vi khun gõy bnh ng rut Yersinia
enterocolitica. Cú gi thuyt cho rng YscW úng vai trũ quan trng h tr kh nng tit c t v gõy
bnh ca Yersinia enterocolitica. Vỡ vy, nghiờn cu ny c tin hnh nhm mc ớch ỏnh giỏ vai trũ
ca YscW bng vic thit k mt t bin khuyt on yscW v sau ú kim tra kh nng tit c t ca
t bin ny. Kt qu cho thy t bin khuyt on yscW ó c thit k thnh cụng. Nhng dũng Y.
enterocolitica cha t bin khuyt on yscW hu nh khụng th hin kh nng tit c t. Kt qu
gi ý YscW l mt protein tim nng trong vic h tr kh nng gõy bnh ca Y. enterocolitica.
T khoỏ: c t, t bin khuyt on, Yersinia enterocolitica, YscW.
SUMMARY
YscW is a small lipoprotein located in the outer membrane of food-borne pathogen Yersinia
enterocolitica. It is hypothesized that YscW plays a vital role in the improvement of virulence factors
(Yop) secretion by Y. enterocolitica. The role of YscW was thus investigated in the present study by
construction of a yscW deletion mutant and its ability to secrete Yops was subsequently evaluated. In
this study, yscW deletion gene (yscW) was successfully constructed. Y. enterocolitica mutants

expressed nearly no Yop secretion. These results indicated that YscW might be required for the Yop
secretion by Y. enterocolitica.
Key words: Deletion mutant, virulence factors, Yersinia enterocolitica, YscW.
1. ĐặT VấN Đề
Yersinia enterocolitica l chủng vi sinh
vật gây bệnh đờng ruột ở ngời. Chủng vi
sinh vật ny thờng đợc phân lập từ lợn v
thực phẩm bao gồm hải sản, thịt g, sữa
cha thanh trùng Cho đến nay, đã thống
kê đợc nhiều trờng hợp nhiễm bệnh do ăn
thức ăn nhiễm khuẩn Y. enterocolitica. Biểu
hiện bệnh phụ thuộc vo lứa tuổi v khả
năng miễn dịch của cơ thể (Babic-Erceg v
cs., 2003, Ackers v cs., 2000). ở trẻ em
(dới 5 tuổi), biểu hiện bệnh thờng l sốt,
đau bụng v đi ngoi ra máu. ở trẻ em lớn
hơn 5 tuổi v ngời trởng thnh, biểu hiện
chính l đau bụng v sốt (Ehara v cs.,
2000). Cơ chế gây bệnh của Y. enterocolitica
đã v đang l vấn đề nghiên cứu rất đợc
quan tâm trong nhiều năm trở lại đây. Hiện
nay, các nghiên cứu đã chỉ ra rằng khả năng
gây bệnh của Y. enterocolitica l nhờ sự có
mặt của plasmid gây bệnh pYV (plasmid for
Yersinia virulence) v hệ thống tiết type III
(Type III Secretion System-T3SS) (Bleves v
Cornelis, 2000). Trong đó, hệ thống tiết Ysc
(Yersinia secretion) đợc nghiên cứu sâu
nhất. Ngời ta thấy rằng khi tiếp xúc với tế
bo chủ, chủng vi sinh vật ny phản ứng với

sự thay đổi của môi trờng xung quanh rất
nhanh nhạy bằng cách kích thích hệ thống
485
Vai trũ ca YscW trong vic tit c t bi vi sinh vt gõy bnh Yersinia enterocolitica
tiết type III. Trong điều kiện in vitro, ở 37
0
C
v trong môi trờng thiếu Ca
2+
, nhờ hệ thống
tiết type III, Y. enterocolitica sẽ tiết ra
những độc tố có bản chất l những protein
(Yops) vo trong tế bo chủ v gây bệnh cho
cơ thể chủ (Cornelis, 2002).
Có khoảng 25 protein tham gia vo cấu
trúc nên hệ thống tiết Ysc. Tuy nhiên chỉ có
một vi protein tham gia trực tiếp vo quá
trình tiết độc tố của Y. enterocolitica. Trong đó,
một lipoprotein có kích thớc nhỏ nằm ở mng
ngoi tế bo Y. enterocolitica, tên l YscW có
thể đóng vai trò quan trọng hỗ trợ cho khả
năng tiết độc tố (Yops) ra ngoi môi trờng của
chủng vi khuẩn gây bệnh Y. enterocolitica
(Allaoui v cs., 1995; Burghout v cs., 2004).
Protein ny đợc mã hoá bởi gene tơng ứng
yscW trên plasmid pYV. Vì vậy, nghiên cứu
ny sẽ tập trung vo việc thiết kế một gene
chứa đột biến khuyết yscW v xác định khả
năng tiết độc tố của gene đột biến ny từ đó
xác định đợc rõ hơn vai trò của yscW. Việc

nghiên cứu cơ chế gây bệnh của Y.
enterocolitica sẽ tạo tiền đề cho việc điều trị các
bệnh liên quan đến nhiễm khuẩn Yersinia.
2. ĐốI TƯợNG V PHƯƠNG PHáP
NGHIÊN CứU
2.1. Chủng vi sinh vật, plasmid v điều
kiện nuôi cấy
Các chủng vi sinh vật v plasmid sử dụng
trong nghiên cứu ny đợc liệt kê ở bảng 1.
Chủng Y. enterocolitica đợc nuôi cấy ở 26
0
C
v chủng E. Coli đợc nuôi cấy ở 37
0
C trên
môi trờng thạch LB hoặc môi trờng lỏng
LB (Luria-Bertani).
2.2. Phơng pháp thiết kế đột biến khuyết
đoạn yscW (yscW)
Đột biến khuyết đoạn yscW đợc thiết kế
sử dụng phơng pháp PCR của Warren v
cs. (1997). Về nguyên tắc, vùng upstream v
downstream của gene mục tiêu đợc nhân
lên nhờ việc sử dụng các cặp mồi đặc hiệu v
sau đó kết hợp chúng lại để tạo thnh đột
biến khuyết đoạn. Trong nghiên cứu ny, 4
đoạn mồi A, B, C, D đợc sử dụng. Trình tự
nucleotide của các đoạn mồi ny đợc liệt kê
ở bảng 2. Trong đó, 2 đoạn mồi A v B đợc
sử dụng để nhân vùng upstream của gene

yscW (đoạn AB). Hai đoạn mồi C v D đợc
sử dụng để nhân vùng downstream của yscW
(đoạn CD). Sau đó, đoạn mồi A v D đợc sử
dụng để tạo thnh sản phẩm l đột biến
khuyết đoạn yscW (đoạn AD).
2.3. Chuyển gene vo E. coli
Allele đột biến khuyết đoạn, yscW, đợc
chuyển vo vector pCR-BluntII-TOPO sử
dụng bộ KIT Zero BluntII-TOPO Cloning Kit
(Invitrogen). Đoạn gene ny sau đó đợc
chuyển vo vector tự phân huỷ pGY765, từ
đó tạo nên plasmid pGY1281. Plasmid ny
đợc chuyển v
o chủng E. Coli SM10pir
bằng phơng pháp xung điện v đợc đặt tên
l chủng GY6632.
Bảng 1. Chủng vi sinh vật v plasmid đợc sử dụng
Chng vi sinh vt
v plasmid
c im Ngun gc
Y. enterocolitica
JB580v SerogroupO:8, Nal, yenR (R- M+) Kinder v cs., 1993
GY6533 JB580v yscW ti
E. coli
SM10pir Thi thr leu tonA lacY supE recA::RP4-2-Tc::Mu Km Miller v Mekalanos, 1988
GY2683 S17-1pir pTM100 yscW in Tc (subcloned from pGY1001) Tae Jong Kim, thnh viờn lab, 2007
GY6632 SM10pir pGY1281 ti
Plasmid
Ptm 100 Mob
+

, derivative of pACYC184, Cm
r
, Tet
r
Michiels v Cornelis, 1991
pGY765 pMRS101 (NotI removed) ofY, Str
r
suicide vector Briana Young, thnh viờn lab, 2005
pGY1004 pTM100:: yscW Zachary Bent, thnh viờn lab, 2007
pGY1281 pMRS101 (NotI removed) yscW ti
C
m
r
: Khỏng chloramphenicol; Tet
r
: Khỏng tetracycline; Str
r
: Khỏng streptomycin
486
Nguyn Hng Thu, Zachary W. Bent
Bảng 2. Các mồi đợc sử dụng
Mi Trỡnh t (5-3)
A CCGGCTATTGGGAATATG
B TGCTGTGCGAGATAATGG
C CCATTATCTCGCACAGCACGATGGTTGTACATCGCA
D CGAGAGGAATAAAGTCCC

2.4. Tuyển chọn đột biến khuyết đoạn
yscW ở Y. enterocolitica
Allele yscW đợc chuyển vo Y.

enterocolitica bằng phơng pháp tiếp hợp
giữa chủng E. coli GY6632 v chủng wild-
type Y. enterocolitica JB580v. Hỗn hợp tiếp
hợp đợc nuôi cấy trên môi trờng thạch LB
chứa đồng thời 2 kháng sinh: streptomycin
(Str) v acid nalidixic (Nal), nhằm tuyển
chọn những dòng Y. enterocolitica (kháng
Nal) mang vector tự phân huỷ pGY1281
(kháng Str). Những dòng Yersinia đã loại bỏ
(đo thải) vector tự phân huỷ đợc tuyển
chọn bằng cách nuôi cấy vi khuẩn trên môi
trờng TYE chứa 7,5% sucrose. Gene sacB
trên vector tự phân huỷ có khả năng dịch mã
ra enzyme levansucrase. Enzyme ny
chuyển sucrose thnh chất gây độc đối với
Yersinia. Do đó, những dòng (clone) đã loại
bỏ vector tự phân huỷ trở nên kháng sucrose
nhng lại mẫn cảm với streptomycin. Những
khuẩn lạc ny sau đó đợc cấy lại lên môi
trờng thạch LB v LB chứa streptomycin
(Str) v acid nalidixic (Nal). Những dòng no
mọc trên môi trờng LB m không mọc trên
môi trờng LB chứa streptomycin v acid
nalidixic l những dòng m vector tự phân
huỷ đã bị loại. Những dòng ny mang allele
yscW wild-type hoặc allele khuyết gene
yscW. Sau đó dùng PCR để xác định dòng vi
khuẩn mang allele khuyết yscW, dòng ny
đợc đặt tên l GY6533.
2.5. Điện di trên gel sodium dodecyl

sulfate-polyacrylamide (SDS-PAGE)
Y. enterocolitica đợc nuôi cấy qua đêm
trong môi trờng lỏng LB v sau đó nuôi cấy
trong môi trờng Yop (thiếu ion Ca
2+
, thêm
1,5 mg/mL MgCl
2
and 2,1 mg/mL Na
2
C
2
O
4
)
với tỷ lệ 1:30, ở 37
0
C trong 6 giờ.
Sự tiết protein Yop đợc xác định bằng
phơng pháp điện di SDS-PAGE. Mật độ tế
bo của dịch nuôi cấy đợc đo bằng phơng
pháp so mu ở bớc sóng 600 nm v giá trị
OD ny đợc dùng để đồng nhất mật độ tế
bo. Dịch tế bo đợc ly tâm với tốc độ
13.000 vòng/phút trong 10 phút để tách tế
bo vi khuẩn khỏi dịch nuôi cấy. Protein sau
đó đợc kết tủa bằng dung dịch TCA 10% v
để qua đêm ở 4
0
C. Dung dịch chứa kết tủa

đợc rửa bằng acetone lạnh rồi ho tan trong
dung dịch đệm chứa 2-mercaptoethanol với
thể tích tơng ứng với giá trị OD
600
của dịch
nuôi cấy. Mẫu sau đó đợc đun nóng ở 95
0
C
trong 5 phút v khả năng tiết Yop đợc xác
định bằng phơng pháp điện di sử dụng 10%
gel polyacrylamide. Sau khi điện di dùng
thuốc nhuộm CBB (Coomassie Brilliant
Blue) để hiển thị protein.
3. KếT QUả V THảO LUậN
3.1. Thiết kế đột biến khuyết đoạn yscW
Sau khi tiến hnh thiết kế đột biến
khuyết đoạn yscW bằng phơng pháp PCR,
đã thu đợc các đoạn AB, CD v AD (đoạn
đột biến khuyết đoạn yscW) có kích thớc
tơng đơng l 580 bp, 540 bp v 1120 bp
(Hình 1, 2). Dựa trên trình tự của bộ gene
(đã đợc giải mã) của chủng wild-type Y.
enterocolitica JB580v, các đoạn AB, CD v
AD cũng có kích thớc tơng tự nh vậy.
Điều ny cho thấy đoạn đột biến khuyết
yscW đã đợc thiết kế thnh công. Đoạn gene
ny sau đó đợc tinh sạch bằng bộ Kit DNA
Extraction Kit (QIAGEN) để sử dụng cho các
thí nghiệm tiếp theo.
487

Vai trò của YscW trong việc tiết độc tố bởi vi sinh vật gây bệnh Yersinia enterocolitica
2 M
1 M

bp











H×nh 1. §iÖn di s¶n phÈm PCR (a) §o¹n AB (b) §o¹n CD. MÉu ®−îc ®iÖn di trªn gel
agarose 0,8% trong 1 giê ë 100V, nhuém b»ng ethidum bromide vμ hiÓn thÞ b»ng UV.
GiÕng 1: §o¹n AB; GiÕng 2: §o¹n CD; M: Thang chuÈn (1 kb).

H×nh 2. §iÖn di s¶n phÈm PCR cña ®o¹n AD. MÉu ®−îc ®iÖn di trªn gel agarose 0,8%
trong 1 giê ë 100V, nhuém b»ng ethidum bromide vμ hiÓn thÞ b»ng UV.
M: Thang chuÈn (1 kb)
1,636
1,018
506,517
§o¹n AB
1,636
1,018
§o¹n CD
506,517
(a)
(b)
M
bp
1,636
§o¹n AD
1,018
506,517
488
Nguyn Hng Thu, Zachary W. Bent
M

bp

pGY76
Đột biến
khu
y
ết
y
sc
W
1,63
1,018
506,51
4,07
3,054
5,090
6,108

Hình 3. Điện di plasmid pGY1281 sau khi cắt bằng enzyme cắt giới hạn BamHI v
XbaI endonucleases: pGY765 (~7000 bp) v yscW (~1120 bp); M: Thang chuẩn (1 kb)
3.2. Chuyển gene vo E. coli
Sau khi tiến hnh chuyển vector mang
allele khuyết đoạn yscW (pGY1281) vo E.
coli, những dòng mang vector ny đợc
tuyển chọn bằng cách nuôi cấy trong môi
trờng thạch LB có chứa streptomycin.
Plasmid của một số dòng phát triển trên môi
trờng ny đợc tinh sạch, sử dụng bộ Kit
Plasmid Miniprep Kit (Qiagen), để kiểm tra

xem thực sự chúng có mang đoạn allele đột
biến khuyết yscW. Đoạn allele khuyết yscW
đợc giải phóng ra khỏi plasmid nhờ enzyme
cắt giới hạn BamHI v XbaI. Kết quả điện di
trên hình 3 cho thấy, 8 dòng E. coli chứa
plasmid pGY765 v đoạn allele khuyết yscW.
Một trong 8 dòng đợc lựa chọn v đặt tên l
GY6632. Dòng ny sau đó đợc sử dụng cho
những thí nghiệm tiếp theo.
3.3. Tuyển chọn dòng Y. enterocolitica
chứa đột biến khuyết đoạn yscW
Sự có mặt của đoạn allele đột biến
khuyết yscW trong Y. enterocolitica đợc xác
định bằng phơng pháp PCR. Trong quá
trình tuyển chọn, 58 dòng đã đợc kiểm tra
v trong đó 3 dòng có sản phẩm PCR có kích
thớc tơng ứng với 1120 bp, kích thớc của
đoạn allele đột biến khuyết yscW, cho thấy
rằng đoạn gene đột biến khuyết yscW có mặt
ở Y. enterocolitica (Hình 4). Nghiên cứu ny
chọn 1 trong 3 dòng v đặt tên l GY6533.
3.4. ảnh hởng của đột biến khuyết yscW
đến khả năng tiết độc tố của Y.
enterocolitica
Nghiên cứu tiến hnh kiểm tra khả
năng tiết Yops của dòng Yersinia chứa đột
biến khuyết yscW bằng phơng pháp SDS-
PAGE nh đã mô tả. Từ hình 5 có thể thấy
các dòng Y. enterocolitica chứa đột biến
khuyết yscW hầu nh không còn khả năng

tiết Yop so với chủng hoang dại Y.
enterocolitica JB580v. Điều ny có thể đợc
giải thích l do thiếu YscW nên khả năng
tiết độc tố Yop của Y. enterocolitica bị giảm
sút mạnh, chứng tỏ rằng YscW có thể đóng
vai trò quan trọng đối với việc tiết độc tố của
Y. enterocolitica. Burghout v cs. (2004) đã
đánh giá vai trò của YscW đối với khả năng
tiết độc tố của Yersinia. Thông qua việc thiết
kế một đột biến khuyết YscW v đánh giá
khả năng tiết độc tố của đột biến ny, các tác
giả thấy rằng khả năng tiết độc tố của đột
biến ny giảm mạnh so với chủng hoang dại.
489
Vai trò của YscW trong việc tiết độc tố bởi vi sinh vật gây bệnh Yersinia enterocolitica
M 1 2 3 4 5 M


bp
bp





1,636 1,636


1,018
1,018

506,517
506,517



H×nh 4. §iÖn di s¶n phÈm PCR cña 3 dßng Y. enterocolitica tuyÓn chän
GiÕng 1: Chñng wild-type Y. enterocolitica JB580v;
GiÕng 2, 3, 4: Ba dßng Y. enterocolitica chøa ®o¹n ®ét biÕn khuyÕt yscW;
GiÕng 5: Plasmid pCR-BluntII-TOPO; M: Thang chuÈn (1 kb).

1 2 3 4 5

H×nh 5. §iÖn di SDS-PAGE cho thÊy kh¶ n¨ng tiÕt Yop cña 3 dßng
Y. enterocolitica chøa ®ét biÕn khuyÕt yscW.
GiÕng 1: Thang chuÈn;
GiÕng 2: Chñng wild-type Y. enterocolitica JB580v;
GiÕng 3, 4, 5: Ba dßng Y. enterocolitica chøa ®ét biÕn khuyÕt yscW.
490
Nguyn Hng Thu, Zachary W. Bent
4. KếT LUậN V Đề NGHị
Bằng việc thiết kế đột biến gene khuyết
yscW, kết quả nghiên cứu bớc đầu đã cho
thấy YscW có thể đóng vai trò quan trọng
đối với khả năng tiết độc tố của Y.
enterocolitica. Tuy nhiên để có đánh giá
chính xác vai trò của YscW, cần phải tiến
hnh thêm những thí nghiệm nh sau:
- Thí nghiệm chuyển lại đoạn gene yscW

trở lại vo dòng Y. enterocolitica chứa đột
biến khuyết yscW (complementation test) để
kiểm tra khả năng tiết Yop của chúng có
tơng tự chủng wild-type không.
- Kiểm tra sự tiết Yop nội bo của dòng
Y. enterocolitica chứa đột biến khuyết yscW.
- Kiểm tra khả năng của đột biến khuyết
yscW trong việc hỗ trợ cho việc chuyển Yop
ra bên ngoi môi trờng.
TI LIệU THAM KHảO
Ackers, M. L., S. Schoenfeld, J. Markman,
M. G. Smith, M. A. Nicholson, W. DeWitt,
D. N. Cameron, P. M. Griffin & L.
Slutsker (2000). An outbreak of Yersinia
enterocolitica O:8 infections associated
with pasteurized milk. J Infect Dis, 181,
1834-7.
Allaoui, A., R. Scheen, C. Lambert de
Rouvroit & G. R. Cornelis (1995). VirG, a
Yersinia enterocolitica lipoprotein
involved in Ca
2+
dependency, is related to
exsB of Pseudomonas aeruginosa. J
Bacteriol, 177, 4230-7.
Babic-Erceg, A., Z. Klismanic, M. Erceg, D.
Tandara & M. Smoljanovic (2003). An
outbreak of Yersinia enterocolitica O:3
infections on an oil tanker. Eur J
Epidemiol, 18, 1159-61.

Burghout, P., F. Beckers, E. de Wit, R.van
Boxtel, G. R. Cornelis, J.Tommassen & M.
Koster (2004). Role of the pilot protein
YscW in the biogenesis of the YscC
secretin in Yersinia enterocolitica. J
Bacteriol, 186, 5366-75.
Cornelis, G. R. (2002). Yersinia type III
secretion: send in the effectors. J Cell
Biol, 158, 401-8.
Ehara, A., K. Egawa, F. Kuroki, O. Itakura
& M. Okawa (2000). Age-dependent
expression of abdominal symptoms in
patients with Yersinia enterocolitica
infection. Pediatr Int, 42, 364-6.
Matsumoto, H. & G. M. Young (2009).
Translocated effectors of Yersinia. Curr
Opin Microbiol, 12, 94-100.
Kinder, S. A., L. J. Badger, O. G. Bryant, C.
J. Pepe and L. V. Miller (1993). Cloning o
the YenI restriction endonuclease and
methyltransferase from Yersinia
enterocolitica serotype O:8 and
construction of a transformable R-M+
mutant. Gene, 136, 271-275.
Michiels T., & R. G. Cornelis (1991).

Secretion of hybris proteins by the
Yersinia Yop export system. Journal of
Bacteriology, 173, 1677-1685.
Miller, V. L. & J. J. Mekalanos (1988). A
novel suicide vector and its use in
construction of insertion mutations:
Osmoregulation of outer membrane
proteins and virulence determinants in
Vibrio cholerae requires toxR. Journal of
Bacteriology, 170, 2575-2583.
Warrens, A. N., M. D. Jones & R. I. Lechler
(1997). Splicing by overlap extension by
PCR using asymmetric amplification: an
improved technique for the generation of
hybrid proteins of immunological interest.
Gene, 186, 29-35.
491