鼠疫耶尔森菌比较和进化基因组学研究

鼠疫菌是鼠疫的病原体,曾经引起3次世界范围的鼠疫大流行。从基因组角度认识鼠疫菌在不同疫源地的演化对鼠疫的检验、鉴定和防治具有重要意义。本文论述了目前对鼠疫菌基因组进化的认识,并讨论了这些研究成果的实际意义。     

鼠疫耶尔森菌菌株91001全基因组序列测定及初步分析

目的 测定对人不致病的鼠疫耶尔森菌布氏田鼠疫源地菌株91001的全基因组序列,并通过比较基因组学研究,探索鼠疫耶尔森菌致病性的遗传学机制和进化路线。方法 采用全基因组鸟枪法测定91001菌株的全基因组序列,利用比较基因组方法对91001与另外2株鼠疫耶尔森菌(CO92和KIM)的全基因组进行比较研究。结果 91001菌株的基因组包括1条染色体和4个质粒(pPCP1、pCD1、pMT1和pCRY)。pPCP1质粒长度为9609bp,与参考菌株基本一致;pCD1质粒是编码Ⅲ型分泌系统的质粒,长度为70159bp,编码情况与参考菌株基本相同,但重排导致了质粒的结构与参考菌株存在差异;pMT1质粒长度为106642bp,保留了较多的原始质粒片段,毒力相关基因与参考菌株没有差异;pCRY质粒是本研究中新发现的质粒,在国内外研究中未曾报道,这一质粒长度为21742bp,具有独立复制能力,有一群编码Ⅳ型分泌系统的基因。91001菌株的染色体长度为4595065bp,有4037个编码序列(CDS),其中141个是假基因;染色体中存在着非常丰富的插入序列,由于存在IS序列介导的基因组重排,91001菌株染色体的结构与参考菌株存在较大差异。通过比较基因组学分析,初步确定了91001菌株甘油降解阳性、硝酸盐还原阴性、阿拉伯糖分解代谢阴性以及蜜二糖分解阳性的遗传基础。结论 根据质粒结构、染色体基因组重排、硝酸盐还原阴性的机制以及假基因的分布等信息,推测以91001菌株为代表的田鼠型菌株是原始鼠疫耶尔森菌进化过程中的另一个分支,与现有菌株存在着比较明显的差异;而91001菌株独特的致病性可能与基因组中的假基因或大片段缺失有关。     

鼠疫耶尔森菌全基因组DNA芯片的研制及用于比较基因组学分析

目的 研制鼠疫耶尔森菌全基因组DNA芯片,并将其用于比较基因组分析。方法 挑选出4005条鼠疫耶尔森菌基因,PCR扩增各基因,以纯化的PCR产物点样制备芯片,采用双色荧光杂交策略,进行芯片比较基因组杂交。结果 设计了若干质控杂交组合,芯片杂交结果与全基因组测序结果完全一致。结论 成功建立了基于全基因组DNA芯片的鼠疫耶尔森菌比较基因组学技术平台。     

鼠疫耶尔森菌活疫苗株的比较基因组学研究

目的揭示不同来源的鼠疫活疫苗株在基因组组成上的差异。方法以芯片比较基因组杂交为主要研究手段,结合PCR验证,对19株鼠疫活疫苗株进行比较基因组分析。结果鼠疫活疫苗株基因组中缺失了大量基因,但也有某些大片段基因的拷贝增多。结论不同来源的疫苗株在基因组组成上存在差异,构成了不同疫苗株的表型与使用效果具有差异性的遗传基础。     

鼠疫耶尔森菌DNA标识序列的鉴定及其应用研究

目的确定鼠疫耶尔森菌DNA标识序列,以用于鼠疫耶尔森菌的快速检测和鉴定。方法通过芯片比较基因组杂交和PCR验证,鉴定鼠疫耶尔森菌DNA标识序列,针对标识序列设计特定的PCR引物。结果鼠疫耶尔森菌基因组中存在3个区段,共28条基因,均是鼠疫耶尔森菌DNA标识序列。针对其中3条基因设计PCR引物,能特异性扩增出鼠疫耶尔森菌,与来自其他非鼠疫耶尔森菌的DNA无交叉反应。结论鼠疫耶尔森菌存在DNA标识序列,并能用于鼠疫耶尔森菌的快速检测与鉴定。     

应用抑制消减杂交技术研究鼠疫菌与假结核菌基因组之间的差异

目的：研究古典型鼠疫菌与假结核菌ATCC29833基因组间的差异，为进一步认识鼠疫菌的起源与进化奠定基础。方法：通过抑制消减杂交技术比较两种细菌基因组间的差异。结果：与已测序的3株鼠疫菌基因组进行同源性比较，发现了259个假结核菌基因组中存在的特异序列，与基因库进行同源性比较发现了10个假结核菌ATCC29833基因组中存在的新序列。结论：抑制消减杂交技术是一个简单而有效的比较近源微生物基因组之间差异的方法，鼠疫菌在进化过程中失去了大量的基因，假结核菌基因组之间也存在着一定的差别。     

鼠疫耶尔森菌菌株91001的蛋白质组学初步研究

目的建立鼠疫耶尔森菌的蛋白质组学研究方法,获得鼠疫耶尔森菌的基本蛋白质组数据。方法以对人无致病能力的布氏田鼠疫源地菌株91001为研究对象,按照溶解性的不同分别收集菌体蛋白,以3种不同方法(Shotgun-LC-MS-MS,1D-LC-MS-MS和2D-MS)进行分析,将分析数据与基于91001菌株基因组全序列建立的蛋白质理论数据库进行比对,确定91001菌株本实验培养条件下所表达的蛋白组分。结果Shotgun-LC-MS-MS方法鉴定了971种蛋白,1D-LC-MS-MS鉴定了915种,而2D-MS方法则鉴定了233种蛋白质,三者合计为1193种蛋白质,占基因组预测CDS的28．7％(1193／4143)。结论不同的蛋白质组分析方法鉴定的蛋白质种类和数目都存在差异,为更全面地获得鼠疫耶尔森菌蛋白质组数据,有必要同时采取多种方法进行分析。     

鼠疫耶尔森菌铁转运系统研究进展

几乎所有的生物均需要微量的铁.从宿主体内获取铁是病原菌在致病过程中的关键步骤.目前,铁获取机制的重要性已在许多致病菌中得到证实.鼠疫耶尔森菌(简称鼠疫菌)为A类生物恐怖细菌,可导致人类腺鼠疫、肺鼠疫及败血症鼠疫等.与大多数细菌一样,鼠疫菌也能编码多种铁摄取系统,这些系统在其生长繁殖和致病性方面均发挥着重要作用,是其不可...     

鼠疫耶尔森菌的研究及其军事医学意义

随着军事医学的发展,防生物危害医学学科研究的范畴应当包括目前认识到的所有可以导致生物危害的领域,包括生物战、生物恐怖、外来有害生物入侵、生物资源流失、转基因生物安全和研发、突发疫情的应对研究等.鼠疫耶尔森菌是导致自然疫源性疾病鼠疫的病原菌,也是重要的生物战和生物恐怖剂之一,历史上曾3次导致世界鼠疫大流行,多次被用于战争,并多次在战争中导致军队感染.目前鼠疫主要分布在亚洲、非洲、美洲及俄罗斯地区,我国现有12种类型的鼠疫自然疫源地,分布在19个省(区),占国土面积的15％左右,疫情监测结果表明,疫区动物鼠疫自然疫源地异常活跃,面积不断扩大,逐渐向城市逼近,防治形势严峻.2001年美国“9·11”恐怖袭击后,鼠疫耶尔森菌的研究方兴未艾,其中很多研究进展对其他生物恐怖剂的研究具有借鉴意义.微生物法医学溯源数据库的建立及其检测新技术的研究进展为生物恐怖剂的溯源和应急处置提供了很好的经验.     

鼠疫耶尔森菌pgm位点及其侧翼序列遗传变异的比较分析

目的研究鼠疫耶尔森菌中国自然分离株pgm位点及其侧翼序列的变异,了解不同疫源地菌株间的毒力差异,为鼠疫防治提供帮助。方法比较分析现有4株菌的pgm位点及其侧翼序列的变异,采用PCR、等位基因特异性PCR扩增260株中国自然分离株和7株假结核耶尔森菌。结果除锡林郭勒高原型和青海田鼠型菌株外,其他菌株均缺失了YPl666的70～87bp之间的18bp碱基。1406bp处T的缺失仅存在于东方型菌株中。北天山东段型及西段A、B型,锡林郭勒高原型,青海田鼠型菌株的pgm位点下游都没有IS100插入;锡林郭勒高原型和青海田鼠型菌株的色素沉着区有1个IS285插入,在其下游3kb区域还有1个IS100插入。冈底斯山型和昆仑山A、B型菌株的pgm位点上游侧翼区与其他菌株不同。36株菌的pgm位点缺失,缺失的菌株主要集中在鄂尔多斯高原型,松辽平原B型,昆仑山A、B型4种生态型菌株中。结论北天山东段型及西段A、B型,锡林郭勒高原型,青海田鼠型菌株是中国鼠疫耶尔森菌中比较古老的菌株。锡林郭勒高原型和青海田鼠型菌株是一个独特的分支,建议归为第4个生物型——田鼠型。北天山东段型及西段A、B型,锡林郭勒高原型,青海田鼠型菌株的pgm位点,由于在其下游没有IS100插入,所以稳定、不易缺失。pgm位点及其侧翼序列的变异与菌株的生物型、自然疫源地和生态型都具有一定的相关性。     

鼠疫耶尔森菌生物型变异遗传基础的研究和新生物型--田鼠型的提出

目的 探究鼠疫耶尔森菌生物型变异的遗传基础。方法 通过全基因组序列的比较分析,鉴定可能与生物型变异相关的基因突变,采用DNA测序和位点特异性PCR的方法,分析基因突变在鼠疫耶尔森菌自然分离株中的分布。结果 田鼠鼠疫自然疫源地菌株在毒力、生化表型和分子特征上与其他型别鼠疫耶尔森菌相差很大。所有脱氮阴性菌株的napA基因发生了突变,所有甘油利用阴性菌株的glpD基因发生了突变,所有阿拉伯糖利用阴性菌株的araC基因发生了突变。结论 提出了一个新的生物型——田鼠型;相应糖醇代谢相关基因发生突变是4个生物型变异的遗传基础。