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基本信息
- 項目名稱：
- 創(chuàng)建新型細(xì)菌篩選系統(tǒng)發(fā)掘潛在藥物靶標(biāo)
- 小類：
- 生命科學(xué)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本作品構(gòu)建了一個新的細(xì)菌篩選系統(tǒng)，它可以方便快捷地找到靶DNA序列和轉(zhuǎn)錄因子之間的特異性結(jié)合。我們利用該系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)的100多個以前不知道功能的轉(zhuǎn)錄因子可能直接參與調(diào)控結(jié)核分枝桿菌的潛伏感染過程。其中一個名為WhiB-3的基因被首次發(fā)現(xiàn)能廣泛調(diào)控結(jié)核分枝桿菌多個致病基因的表達(dá)，該基因作為結(jié)核病原潛伏感染及其耐藥性的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子具有成為治療結(jié)核病的藥物靶點的潛力。因此，本研究為發(fā)掘結(jié)核分枝桿菌的轉(zhuǎn)錄調(diào)控提供了重要的數(shù)據(jù)，并且所構(gòu)建的細(xì)菌單雜交系統(tǒng)可以廣泛應(yīng)用于其它生物物種中來研究DNA和蛋白質(zhì)的相互作用。 本作品的核心內(nèi)容于2009年2月18日發(fā)表在《Genome Research》雜志（影響因子11.2）在線發(fā)表。本作品的應(yīng)用價值得到國家專利局的認(rèn)定，申請了2項國家專利。并且本作品成果得國內(nèi)外到多家媒體的廣泛關(guān)注，在很多刊物和網(wǎng)站上都有報道。
- 詳細(xì)介紹：
- 曾經(jīng)蔓延全球的肺結(jié)核是由結(jié)核分枝桿菌通過空氣傳播感染人或動物而引起的，20世紀(jì)因醫(yī)藥事業(yè)的進步而消退。但是已被大多數(shù)人淡忘的肺結(jié)核近年來又“死灰復(fù)燃”，成為目前死亡率最高的人獸共患傳染病，每年導(dǎo)致全球150－200萬人死亡，并對農(nóng)業(yè)造成了巨大損失。1993年，世界衛(wèi)生組織宣布“全球結(jié)核病進入緊急狀態(tài)”，呼吁采取緊急措施加強對結(jié)核病的防制。目前全世界范圍內(nèi)已經(jīng)大大加強了對結(jié)核病原的研究。結(jié)核分枝桿菌是結(jié)核病的病原細(xì)菌，結(jié)核病之所以難以治療是因為它對不利環(huán)境的適應(yīng)性很強且容易進入潛伏狀態(tài)。該細(xì)菌感染宿主時主要通過調(diào)節(jié)其自身基因的表達(dá)來適應(yīng)宿主體內(nèi)的不利環(huán)境，而許多這種調(diào)控發(fā)生在轉(zhuǎn)錄水平。結(jié)核分枝桿菌有約180個轉(zhuǎn)錄因子和13個sigma因子，其中大部分都是未知功能的，因此發(fā)掘結(jié)核分枝桿菌的重要基因的啟動子DNA序列與轉(zhuǎn)錄因子間的相互作用可以為尋找治療結(jié)核病的新藥靶提供可能。 目前已有許多種報道過的方法可以比較有效地篩選蛋白質(zhì)-DNA間的相互作用，然而這些方法也同時存在有限制其廣泛應(yīng)用的缺點：一些體外的篩選技術(shù)需要純化處于活性狀態(tài)的轉(zhuǎn)錄因子；一些篩選技術(shù)需要反復(fù)許多輪的實驗才能最終得到特異性結(jié)合的蛋白質(zhì)-DNA信息；而那些基于微陣列技術(shù)的篩選方法雖然可以大批量的分析相互作用關(guān)系，同時也需要對陣列和結(jié)果數(shù)據(jù)熟練的專業(yè)分析。體內(nèi)研究DNA-蛋白質(zhì)相互作用方法有酵母單雜交和細(xì)菌單雜交。與前者相比，細(xì)菌單雜交系統(tǒng)表現(xiàn)出更明顯的優(yōu)勢。首先，其生長速度較快，因此利用細(xì)菌研究蛋白質(zhì)-DNA間相互作用的周期較酵母短；其次，細(xì)菌較酵母而言具有更高的轉(zhuǎn)化效率，因此利用細(xì)菌構(gòu)建的文庫容量更大，對于研究蛋白質(zhì)-DNA間相互作用而言，信息量更大；再次，實驗室條件下對于細(xì)菌DNA的處理較之酵母更便于操作。目前，細(xì)菌雙雜交系統(tǒng)已經(jīng)商業(yè)化并被廣泛應(yīng)用于蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用研究，而且，包括人、水稻等模式生物細(xì)胞的高通量pTRG基因文庫也已商業(yè)化，但是卻沒有一個高效的可以與目前商業(yè)化的細(xì)菌雙雜交相容的細(xì)菌單雜交系統(tǒng)。本研究建立了一個新型的細(xì)菌單雜交報告系統(tǒng)，能夠在大腸桿菌中方便地研究DNA復(fù)制蛋白或轉(zhuǎn)錄因子與靶DNA之間特異性的相互作用，并且可以進行PCR產(chǎn)物的快速克隆亦能與商業(yè)化的pTRG基因文庫完全相容，能夠廣泛應(yīng)用于多種生物的新功能基因研究。 本研究將構(gòu)建的細(xì)菌單雜交系統(tǒng)應(yīng)用于結(jié)核分枝桿菌的轉(zhuǎn)錄調(diào)控研究中，能在常規(guī)實驗條件下方便安全地研究其功能基因。本研究成功地利用該系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)了100多個以前不知道功能的轉(zhuǎn)錄因子可能直接參與調(diào)控結(jié)核分枝桿菌的潛伏感染過程。特別是，一個名為whiB3的基因被首次發(fā)現(xiàn)能廣泛調(diào)控結(jié)核分枝桿菌多個致病基因的表達(dá)，這暗示該基因可能在結(jié)核病原潛伏感染及其耐藥性的產(chǎn)生中發(fā)揮關(guān)鍵作用。結(jié)核分枝桿菌的WhiB3基因是屬于WhiB家族的一個轉(zhuǎn)錄因子，該基因首先在天藍(lán)色鏈霉菌（S. coelicolor）中被發(fā)現(xiàn)，與氣生菌絲的孢子形成有關(guān)。結(jié)核分枝桿菌WhiB家族含有7個成員（WhiB1 到 WhiB7），WhiB3是第一個被鑒定出來的。WhiB家族基因廣泛存在于放線菌中而其它菌中沒有，推測WhiB基因編碼產(chǎn)物與細(xì)菌休眠有關(guān)的蛋白質(zhì)。目前結(jié)核分枝桿菌得7個WhiB基因的功能尚不清楚，但是它們的功能存在一定的互補作用。有研究表明WhiB3基因影響宿主對結(jié)核分枝桿菌的免疫反應(yīng)但不影響該菌的生長。并且WhiB3含有Fe-S簇，可以感受外界信號，調(diào)節(jié)結(jié)核分枝桿菌的代謝。到目前為止WhiB3的功能尚不清楚，本研究通過細(xì)菌單雜交系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)WhiB3可以調(diào)控很多重要基因，WhiB3是細(xì)胞內(nèi)感受氧化還原信號和代謝調(diào)控的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子，也為弄清WhiB家族其它基因提供了基礎(chǔ)。因此，WhiB3基因作為結(jié)核病原潛伏感染及其耐藥性的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子極具成為治療結(jié)核病的藥物靶點的潛力。 本作品的核心內(nèi)容于2009年2月18日在《Genome Research》雜志在線發(fā)表Dissecting transcription regulatory pathways through a new bacterial one-hybrid reporter system. Genome Res, 2009, Feb 18.[Epub ahead of print]，doi:10.1101/ gr.086595.108 (影響因子：11.2) 本作品的應(yīng)用價值得到國家專利局的認(rèn)定，申請了2項國家專利： 1.于2009年1月15日申請國家專利，發(fā)明名稱：一種細(xì)菌單雜交載體及制備方法，申請?zhí)枺?00910060524.9； 2.于2009年2月23號申請國家專利，發(fā)明名稱：結(jié)核分枝桿菌WhiB3基因的新功能及應(yīng)用，申請?zhí)枺?00910060839.3； 本作品成果得到國內(nèi)外多家媒體的廣泛關(guān)注，兩個Nature出版社系列刊物《Nature China》和《Science-Business eXchange》都報道了本成果的亮點。在2009年2月25日科學(xué)時報頭版報道，當(dāng)日文匯報、湖北日報、楚天都市報和武漢晚報等多家報刊均有報道；同時中新網(wǎng)、新華網(wǎng)、新浪網(wǎng)、網(wǎng)易新聞以及多個地方網(wǎng)站都有報道。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 結(jié)核分枝桿菌是結(jié)核病的病原菌，該病原菌的研究一直存在兩個突出問題，一是結(jié)核分枝桿菌生長極其緩慢，遺傳操作不方便；另一個是它具有很強的感染致病能力，對研究人員健康存在威脅。因此，特別需要建立一個能在常規(guī)實驗條件下方便安全地研究其功能基因的新技術(shù)。 本發(fā)明中我們希望構(gòu)建一個在常規(guī)條件下對結(jié)核分枝桿菌的功能基因能進行方便安全研究的遺傳操作平臺，并發(fā)現(xiàn)可能在結(jié)核病原潛伏感染及耐藥性突變產(chǎn)生中發(fā)揮關(guān)鍵作用的新調(diào)控基因，以尋找新的抗結(jié)核藥物靶標(biāo)。
科學(xué)性、先進性
- 目前，細(xì)菌雙雜交系統(tǒng)已經(jīng)商業(yè)化并被廣泛應(yīng)用于蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)互作研究，而且，包括人、水稻等模式生物細(xì)胞的pTRG基因文庫也已商業(yè)化。本研究建立了一個新型的細(xì)菌單雜交報告系統(tǒng)，能夠在大腸桿菌中方便地研究DNA結(jié)合蛋白與靶DNA之間特異性的相互作用，并且可以進行PCR產(chǎn)物的快速克隆亦能與商業(yè)化的pTRG基因文庫完全相容，能夠廣泛應(yīng)用于多種生物的新功能基因研究。 近年來，人們越來越關(guān)注結(jié)核分枝桿菌的轉(zhuǎn)錄因子在成為重要的藥物靶標(biāo)上的前景。轉(zhuǎn)錄因子中，WhiB家族的基因的功能到目前為止還不是很清楚，但這些基因都與結(jié)核分枝桿菌的潛伏感染有著密切關(guān)系。在本發(fā)明中，我們篩選到了100多個參與結(jié)核分枝桿菌感染相關(guān)基因的表達(dá)調(diào)控的轉(zhuǎn)錄因子，它們都具有成為藥物靶標(biāo)的潛力，對它們的研究將為揭示該病原菌的調(diào)控機制提供重要線索。其中，WhiB3基因被首次發(fā)現(xiàn)能廣泛調(diào)控多個致病基因的表達(dá)，這暗示該基因可能在結(jié)核病原潛伏感染及其耐藥性的產(chǎn)生中發(fā)揮關(guān)鍵作用。WhiB3基因作為藥物靶標(biāo)有著重要的應(yīng)用前景。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 本作品的核心內(nèi)容于2009年2月18日在《Genome Research》雜志在線發(fā)表 (影響因子：11.2) 本作品申請了2項國家專利： 1.于2009年1月15日申請專利，發(fā)明名稱：一種細(xì)菌單雜交載體及制備方法； 2.于2009年2月23號申請專利，發(fā)明名稱：結(jié)核分枝桿菌WhiB3基因的新功能及應(yīng)用； 本成果得到國內(nèi)外媒體的廣泛關(guān)注，兩個Nature出版社系列刊物《Nature China》和《Science-Business eXchange》都報道了本成果的亮點。在2009年2月25日科學(xué)時報頭版報道，當(dāng)日文匯報、湖北日報等多家報刊均有報道；同時中新網(wǎng)、新華網(wǎng)以及多個地方網(wǎng)站都有報道； 本作品獲得湖北省第七屆“挑戰(zhàn)杯”競賽特等獎。
作品所處階段
- 實驗室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 專利
作品可展示的形式
- 圖片
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 我們建立的一個新型的細(xì)菌篩選系統(tǒng)，能夠在大腸桿菌中方便地研究DNA復(fù)制蛋白或轉(zhuǎn)錄因子與靶DNA之間特異性的相互作用，該技術(shù)對于發(fā)掘新功能基因及其識別的靶DNA位點具有廣泛的應(yīng)用前景，可以廣泛應(yīng)用于各種生物物種中來研究DNA和蛋白質(zhì)的相互作用。該系統(tǒng)與現(xiàn)在廣泛商業(yè)化的細(xì)菌雙雜交系統(tǒng)的表達(dá)載體文庫完全相容，兩個系統(tǒng)可以配套使用。我們利用該系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)的100多個以前不知道功能的轉(zhuǎn)錄因子可能直接參與調(diào)控結(jié)核分枝桿菌的潛伏感染過程。其中一個名為WhiB3的基因被首次發(fā)現(xiàn)能廣泛調(diào)控結(jié)核分枝桿菌多個致病基因的表達(dá)，該基因作為結(jié)核病原潛伏感染及其耐藥性的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子具有成為治療結(jié)核病的藥物靶點的潛力。
同類課題研究水平概述
- 曾經(jīng)蔓延全球的肺結(jié)核近年來又“死灰復(fù)燃”，成為目前死亡率最高的人獸共患傳染病。目前全世界范圍內(nèi)已經(jīng)大大加強了對結(jié)核病原的研究。結(jié)核分枝桿菌是結(jié)核病的病原細(xì)菌，結(jié)核病之所以難以治療是因為它對不利環(huán)境的適應(yīng)性很強且容易進入潛伏狀態(tài)。該細(xì)菌感染宿主時主要通過調(diào)節(jié)其自身基因的表達(dá)來適應(yīng)宿主體內(nèi)的不利環(huán)境，而許多這種調(diào)控發(fā)生在轉(zhuǎn)錄水平。結(jié)核分枝桿菌有約190個轉(zhuǎn)錄因子，其中大部分都是未知功能的。因此發(fā)掘結(jié)核分枝桿菌的重要基因的啟動子DNA序列與轉(zhuǎn)錄因子間的相互作用可以為尋找治療結(jié)核病的新藥靶提供可能。 目前，體內(nèi)研究DNA-蛋白質(zhì)相互作用方法有酵母單雜交和細(xì)菌單雜交。與前者相比，細(xì)菌單雜交系統(tǒng)表現(xiàn)出更明顯的優(yōu)勢。首先，其生長速度較快，因此實驗周期較酵母短；其次，細(xì)菌較酵母而言具有更高的轉(zhuǎn)化效率，因此利用細(xì)菌構(gòu)建的文庫容量更大；再次，實驗室條件下對于細(xì)菌DNA的處理較之酵母更便于操作。目前，細(xì)菌雙雜交系統(tǒng)已經(jīng)商業(yè)化并被廣泛應(yīng)用于蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用研究，而且，包括人、水稻等模式生物細(xì)胞的高通量pTRG基因文庫也已商業(yè)化。本研究建立了一個新型的細(xì)菌單雜交報告系統(tǒng)，能夠在大腸桿菌中方便地研究DNA復(fù)制蛋白或轉(zhuǎn)錄因子與靶DNA之間特異性的相互作用，并且可以進行PCR產(chǎn)物的快速克隆亦能與商業(yè)化的pTRG基因文庫完全相容，能夠廣泛應(yīng)用于多種生物的新功能基因研究。 本研究成功地利用該系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)了100多個以前不知道功能的轉(zhuǎn)錄因子可能直接參與調(diào)控結(jié)核分枝桿菌的潛伏感染過程。特別是，一個名為whiB3的基因被首次發(fā)現(xiàn)能廣泛調(diào)控結(jié)核分枝桿菌多個致病基因的表達(dá)，這暗示該基因可能在結(jié)核病原潛伏感染及其耐藥性的產(chǎn)生中發(fā)揮關(guān)鍵作用。結(jié)核分枝桿菌的WhiB3基因是屬于WhiB家族的一個轉(zhuǎn)錄因子，該基因首先在天藍(lán)色鏈霉菌（S. coelicolor）中被發(fā)現(xiàn)。結(jié)核分枝桿菌WhiB家族含有7個成員（WhiB1 到 WhiB7），WhiB3是第一個被鑒定出來的。WhiB家族基因廣泛存在于放線菌中而其它菌中沒有，推測WhiB基因編碼產(chǎn)物與細(xì)菌休眠有關(guān)的蛋白質(zhì)。目前結(jié)核分枝桿菌得7個WhiB基因的功能尚不清楚，但是它們的功能存在一定的互補作用。本研究通過細(xì)菌單雜交系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)WhiB3可以調(diào)控很多重要基因。因此，WhiB3基因作為潛伏感染及其耐藥性的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子極具成為治療結(jié)核病的藥物靶點的潛力。
