《結核分枝桿菌北京基因型菌株的微進化與致病性的研究》是依託復旦大學，由高謙擔任項目負責人的重大研究計畫。
基本介紹
- 中文名：結核分枝桿菌北京基因型菌株的微進化與致病性的研究
- 依託單位：復旦大學
- 項目類別：重大研究計畫
- 項目負責人：高謙
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
結核分枝桿菌具有潛伏感染的特點，潛伏期的長短反映了致病性的差異，而該特徵的進化與宿主環境的演變密切相關。我國結核病主要由結核分枝桿菌北京基因型菌株所致。我們的研究表明R1亞型在北京基因型菌株中占絕對優勢，並推算出該亞型起源和擴張年代在5-6千年前。該時期東亞人群已從舊石器過渡到新石器時代，人口數量大量增加。我們提出R1亞型菌株在進化過程中積累的特定遺傳變異增強了其致病性使其成功地在高密度人群中傳播和擴張的科學假設。本研究將選出代表性的R1亞型菌株進行全基因組測序，篩選出可能的遺傳突變；經大樣本臨床菌株驗證，鑑定出R1亞型特異的遺傳變異；利用生物信息學方法分析遺傳突變對基因功能的影響和多基因間的相互作用, 預測特定遺傳變異導致R1亞型致病性增強的分子機制; 設計相關實驗並利用細胞和小鼠感染模型驗證提出的導致致病性增強的分子機制。本研究對揭示病原微生物微進化以適應宿主新環境的機制有重要意義。
結題摘要
全球結核分枝桿菌主要分為7個分支（I-VII型），不同分支具有不同的地理分布。我國結核病疫情主要由北京菌株（II型）所致。北京菌株在與東亞人的共進化過程中逐步分化成多個亞型。其中Bmy10亞型最晚分化產生，但在群體中所占比例卻達到70%以上，因此被我們定義為“優勢亞型”。我們和國際同行的研究表明，該亞型菌株具有傳播能力強、感染後發病快、逃逸BCG免疫保護、引起免疫細胞促炎因子低表達等高致病性特徵。結核菌優勢亞型菌株的高致病性特徵是與結核菌與人類長期共進化與自然選擇的結果。揭示優勢亞型菌株高致病性的進化機制，將豐富和完善微進化領域中多基因相互作用機制的理論體系，並為抗結核新藥和疫苗的研發提供理論指導。在本項目的資助下，我們主要開展了以下三部分工作：（1）我們通過與瑞士等8個國家的科學工作者合作，在全球收集代表性結核菌樣本進行全基因組測序，基於貝葉斯模型推算結核菌最近共祖起源時間以及遷移路徑，發現結核菌於7萬年前起源於非洲，並伴隨現代人類的走出非洲而傳播至世界各地。（2）在此基礎上我們對大量的優勢亞型代表性菌株進行系統分子地理分析，發現優勢亞型菌株的起源時間為7000-8000年前，並在新石器時期的早期漢族人群中發生了顯著的擴張，提示高致病性篩選的選擇壓力來源於當時人口密度的變化。（3）我們通過對來自全球的超過1500株優勢亞型和非優勢亞型菌株進行比較基因組學分析，鑑定出優勢亞型菌株在進化中積累的特有遺傳變異；這些特有遺傳變異包括44個SNP和2個短片段缺失，令我們驚訝的是，並未發現優勢亞型菌株獲得任何新的毒力基因或者大片段插入/缺失/重組，提示優勢亞型菌株的高致病性特徵是多個點突變積累的結果；通過生物信息學和基礎實驗對特有遺傳變異進行研究發現，特有遺傳變異顯著富集在轉錄調控蛋白這一基因功能類別；兩個啟動子區域突變分別導致下游基因表達下調10-100倍，受影響一個熱休克蛋白編碼基因之前被證明與結核菌的毒力相關；此外，四個基因發生提前終止或移碼突變，且這些基因全部定位在細胞壁，提示對細菌細胞壁的結構或宿主免疫識別發揮作用；18個非同義突變發生於胺基酸序列保守性位點，且這些蛋白主要參與信號轉導等功能。以上結果表明，多個遺傳變異均可能參與優勢亞型致病性的改變，而非單個毒力基因獲得或單基因突變所致，其高致病性進化機制最可能是多基因突變導致的基因調控網路改變或重塑的結果。
