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中华口腔医学研究杂志(电子版)

中华口腔医学研究杂志(电子版) ›› 2021, Vol. 15 ›› Issue (03) : 135 -141. doi: 10.3877/cma.j.issn.1674-1366.2021.03.002

基础研究

牙龈卟啉单胞菌外膜囊泡差异表达mRNA的生物信息学分析
阮毅1, 艾俊1, 江春2, 招洛丹1, 夏昕1, 刘墨1,†()   
  1. 1. 中山大学孙逸仙纪念医院牙周科，广州　510120
    2. 中山大学孙逸仙纪念医院泌尿外科，广州　510120
  • 收稿日期:2021-03-31 出版日期:2021-06-01
  • 通信作者: 刘墨

Bioinformatics analysis of differentially expressed mRNA in outer membrane vesicles of Porphyromonas gingivalis

Yi Ruan1, Jun Ai1, Chun Jiang2, Luodan Zhao1, Xin Xia1, Mo Liu1,†()   

  1. 1. Department of Periodontics, The Sun Yat-sen Memorial Hospital, Sun Yat-sen University, Guangzhou 510120, China
    2. Department of Urology, The Sun Yat-sen Memorial Hospital, Sun Yat-sen University, Guangzhou 510120, China
  • Received:2021-03-31 Published:2021-06-01
  • Corresponding author: Mo Liu
  • Supported by:
    National Natural Science Foundation of China(81502350); Natural Science Foundation of Guangdong Province(2016A030313352, 2017A030313501)
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引用本文：

阮毅, 艾俊, 江春, 招洛丹, 夏昕, 刘墨. 牙龈卟啉单胞菌外膜囊泡差异表达mRNA的生物信息学分析[J]. 中华口腔医学研究杂志(电子版), 2021, 15(03): 135-141.

Yi Ruan, Jun Ai, Chun Jiang, Luodan Zhao, Xin Xia, Mo Liu. Bioinformatics analysis of differentially expressed mRNA in outer membrane vesicles of Porphyromonas gingivalis[J]. Chinese Journal of Stomatological Research(Electronic Edition), 2021, 15(03): 135-141.

目的

探讨牙龈卟啉单胞菌（P.gingivalis）W83与ATCC33277外膜囊泡mRNA表达谱的差异。

方法

超速离心法分离W83和ATCC33277来源的外膜囊泡，进行粒径检测、电镜及Western blot鉴定；高通量测序检测W83和ATCC33277外膜囊泡mRNA表达谱，筛选差异表达的mRNA，进行基因本体论（GO）注释和京都基因与基因组百科全书（KEGG）富集分析。

结果

牙龈卟啉单胞菌W83和ATCC33277分离的外膜囊泡符合囊泡特征；W83外膜囊泡中鉴定出1629个mRNA，ATCC33277外膜囊泡中鉴定出1505个mRNA，差异表达的mRNA共594个。差异具有统计学意义的mRNA参与的途径包括生物膜形成-霍乱弧菌（P = 0.011）、核糖体（P = 0.015）和细菌双组分调节系统（P = 0.026）。

结论

牙龈卟啉单胞菌W83与ATCC33277外膜囊泡mRNA表达存在差异。

关键词: 牙龈卟啉单胞菌, 外膜囊泡, 高通量筛选, 双组分信号转导系统
Objective

To study the difference of mRNA expression profiles in the outer-membrane vesicles of Porphyromonas gingivalis W83 and ATCC33277.

Methods

The outer membrane vesicles derived from W83 and ATCC33277 were separated by ultracentrifugation. After the particle size detection, transmission electron microscopy, and Western blot, the outer membrane vesicles identified; the high-throughput sequencing technology was used to detect the mRNA expression profiles of outer membrane vesicles of W83 and ATCC33277. Membrane vesicle mRNA expression profile, which was screened out with differentially expressed mRNA, was performed by Gene Ontology annotation and Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes enrichment analysis.

Results

Outer membrane vesicles isolated from W83 and ATCC33277 met the characteristics of vesicles. We identified 1629 mRNAs in W83 outer membrane vesicles, and 1505 mRNAs in ATCC33277 outer membrane vesicles and screened out differentially expressed mRNAs. A total of 594 items was identified. Through GO analysis and KEGG analysis of differentially expressed mRNAs, the pathways related to differential genes include biofilm Formation-Vibrio cholerae (P = 0.011) , ribosome (P = 0.015) , bacterial two-component regulation system (P = 0.026) with statistical significance (P<0.05) .

Conclusion

There are different expressed mRNA between W83 and ATCC33277.

Key words: Porphyromonas gingivalis, Outer membrane vesicles, High-Throughput screening assays, Two-component signal transduction system
图1 ATCC33277和W83外膜囊泡通过纳米颗粒分析仪得到的粒径分布图　A：ATCC33277；B：W83；两者均符合外膜囊泡的粒径分布特征
表1 ATCC33277和W83外膜囊泡粒径统计学数据（ ± s）
组别 样本量 平均数 众数 标准差
ATCC33277 1 mL 128.1 ± 6.6 85.0 ± 6.2 53.6 ± 5.5
W83 1 mL 381.0 ± 3.9 381.9 ± 29.2 97.5 ± 2.0
图2 ATCC33277和W83外膜囊泡通过负染在电镜下观察　A：ATCC33277；B：W83；呈圆形或类圆形囊泡，双层膜结构
图3 W83和ATCC33277的Weston blot结果　Grp94和TSG101蛋白在W83和ATCC33277细菌本身和外膜囊泡（OMV）中的均阳性表达
图4 W83和ATCC33277外膜囊泡表达基因利用FDR与log2FC来筛选差异基因表达图（火山图）红色（W83相对于ATCC33277表达量上调）和绿色（表达量下调）的点表示基因的表达量有差异（判断标准为FDR<0.05，且差异倍数2倍以上），黑色的点为没有差异
表2 W83和ATCC33277外膜囊泡中部分与牙龈卟啉单胞菌致病因子相关的差异基因
基因 ATCC33277 W83 P值 描述
hagA 17 69 <0.000 000 36 血凝素hagA
mfa1 218 49 <0.000 000 71 Mfa1膜蛋白
mfa2 34 4 <0.000 829 45 Mfa1菌毛相关蛋白
图5 W83和ATCC33277外膜囊泡差异表达基因在生物学过程、细胞组分、分子功能三个方面的差异
图6 W83和ATCC33277外膜囊泡的差异表达基因行KEGG富集分析后得到的前20条通路
表3 W83和ATCC33277外膜囊泡的差异表达基因行KEGG富集分析具有统计学意义（P<0.05）的途径
通路名称 具有途径注释的候选基因 与途径相关的所有基因 P值
生物膜形成-霍乱弧菌 5 6 0.011
核糖体 24 54 0.015
细菌双组分调节系统 11 21 0.026
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