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基本信息
- 項(xiàng)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)
- 來(lái)源：
- 第十一屆“挑戰(zhàn)杯”國(guó)賽作品
- 小類：
- 生命科學(xué)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 本作品構(gòu)建了一個(gè)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(gè)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(guò)程。其中一個(gè)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(gè)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(diǎn)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(lái)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(jià)值得到國(guó)家專利局的認(rèn)定，申請(qǐng)了2項(xiàng)國(guó)家專利。并且本作品成果得國(guó)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(bào)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(guò)空氣傳播感染人或動(dòng)物而引起的，20世紀(jì)因醫(yī)藥事業(yè)的進(jìn)步而消退。但是已被大多數(shù)人淡忘的肺結(jié)核近年來(lái)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(wàn)人死亡，并對(duì)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(jìn)入緊急狀態(tài)”，呼吁采取緊急措施加強(qiáng)對(duì)結(jié)核病的防制。目前全世界范圍內(nèi)已經(jīng)大大加強(qiáng)了對(duì)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?yàn)樗鼘?duì)不利環(huán)境的適應(yīng)性很強(qiáng)且容易進(jìn)入潛伏狀態(tài)。該細(xì)菌感染宿主時(shí)主要通過(guò)調(diào)節(jié)其自身基因的表達(dá)來(lái)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(gè)轉(zhuǎn)錄因子和13個(gè)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(dòng)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(bào)道過(guò)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(shí)存在有限制其廣泛應(yīng)用的缺點(diǎn)：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(shí)驗(yàn)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(shí)也需要對(duì)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(shì)。首先，其生長(zhǎng)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(kù)容量更大，對(duì)于研究蛋白質(zhì)-DNA間相互作用而言，信息量更大；再次，實(shí)驗(yàn)室條件下對(duì)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(kù)也已商業(yè)化，但是卻沒(méi)有一個(gè)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(gè)新型的細(xì)菌單雜交報(bào)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(jìn)行PCR產(chǎn)物的快速克隆亦能與商業(yè)化的pTRG基因文庫(kù)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(shí)驗(yàn)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(gè)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(guò)程。特別是，一個(gè)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(gè)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(gè)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(gè)成員（WhiB1 到 WhiB7），WhiB3是第一個(gè)被鑒定出來(lái)的。WhiB家族基因廣泛存在于放線菌中而其它菌中沒(méi)有，推測(cè)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(gè)WhiB基因的功能尚不清楚，但是它們的功能存在一定的互補(bǔ)作用。有研究表明WhiB3基因影響宿主對(duì)結(jié)核分枝桿菌的免疫反應(yīng)但不影響該菌的生長(zhǎng)。并且WhiB3含有Fe-S簇，可以感受外界信號(hào)，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(guò)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(hào)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(diǎn)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(jià)值得到國(guó)家專利局的認(rèn)定，申請(qǐng)了2項(xiàng)國(guó)家專利： 1.于2009年1月15日申請(qǐng)國(guó)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(qǐng)?zhí)枺?00910060524.9； 2.于2009年2月23號(hào)申請(qǐng)國(guó)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(qǐng)?zhí)枺?00910060839.3； 本作品成果得到國(guó)內(nèi)外多家媒體的廣泛關(guān)注，兩個(gè)Nature出版社系列刊物《Nature China》和《Science-Business eXchange》都報(bào)道了本成果的亮點(diǎn)。在2009年2月25日科學(xué)時(shí)報(bào)頭版報(bào)道，當(dāng)日文匯報(bào)、湖北日?qǐng)?bào)、楚天都市報(bào)和武漢晚報(bào)等多家報(bào)刊均有報(bào)道；同時(shí)中新網(wǎng)、新華網(wǎng)、新浪網(wǎng)、網(wǎng)易新聞以及多個(gè)地方網(wǎng)站都有報(bào)道。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、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(gè)突出問(wèn)題，一是結(jié)核分枝桿菌生長(zhǎng)極其緩慢，遺傳操作不方便；另一個(gè)是它具有很強(qiáng)的感染致病能力，對(duì)研究人員健康存在威脅。因此，特別需要建立一個(gè)能在常規(guī)實(shí)驗(yàn)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(gè)在常規(guī)條件下對(duì)結(jié)核分枝桿菌的功能基因能進(jìn)行方便安全研究的遺傳操作平臺(tái)，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(jìn)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(kù)也已商業(yè)化。本研究建立了一個(gè)新型的細(xì)菌單雜交報(bào)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(jìn)行PCR產(chǎn)物的快速克隆亦能與商業(yè)化的pTRG基因文庫(kù)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(lái)，人們?cè)絹?lái)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(gè)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(duì)它們的研究將為揭示該病原菌的調(diào)控機(jī)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(gè)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(jiǎng)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(qǐng)了2項(xiàng)國(guó)家專利： 1.于2009年1月15日申請(qǐng)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(hào)申請(qǐng)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(guó)內(nèi)外媒體的廣泛關(guān)注，兩個(gè)Nature出版社系列刊物《Nature China》和《Science-Business eXchange》都報(bào)道了本成果的亮點(diǎn)。在2009年2月25日科學(xué)時(shí)報(bào)頭版報(bào)道，當(dāng)日文匯報(bào)、湖北日?qǐng)?bào)等多家報(bào)刊均有報(bào)道；同時(shí)中新網(wǎng)、新華網(wǎng)以及多個(gè)地方網(wǎng)站都有報(bào)道； 本作品獲得湖北省第七屆“挑戰(zhàn)杯”競(jìng)賽特等獎(jiǎng)。
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)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(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 我們建立的一個(gè)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(duì)于發(fā)掘新功能基因及其識(shí)別的靶DNA位點(diǎn)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(lái)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(kù)完全相容，兩個(gè)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(gè)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(guò)程。其中一個(gè)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(gè)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(diǎn)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(lái)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(qiáng)了對(duì)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?yàn)樗鼘?duì)不利環(huán)境的適應(yīng)性很強(qiáng)且容易進(jìn)入潛伏狀態(tài)。該細(xì)菌感染宿主時(shí)主要通過(guò)調(diào)節(jié)其自身基因的表達(dá)來(lái)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(gè)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(dòng)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(shì)。首先，其生長(zhǎng)速度較快，因此實(shí)驗(yàn)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(kù)容量更大；再次，實(shí)驗(yàn)室條件下對(duì)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(kù)也已商業(yè)化。本研究建立了一個(gè)新型的細(xì)菌單雜交報(bào)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(jìn)行PCR產(chǎn)物的快速克隆亦能與商業(yè)化的pTRG基因文庫(kù)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(gè)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(guò)程。特別是，一個(gè)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(gè)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(gè)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(gè)成員（WhiB1 到 WhiB7），WhiB3是第一個(gè)被鑒定出來(lái)的。WhiB家族基因廣泛存在于放線菌中而其它菌中沒(méi)有，推測(cè)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(gè)WhiB基因的功能尚不清楚，但是它們的功能存在一定的互補(bǔ)作用。本研究通過(guò)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(diǎn)的潛力。
