豬鏈球菌2型毒力基因島（群）功能及其調控網路的研究

《豬鏈球菌2型毒力基因島（群）功能及其調控網路的研究》是依託中國人民解放軍軍事科學院軍事醫學研究院，由孫洋擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：豬鏈球菌2型毒力基因島（群）功能及其調控網路的研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：孫洋
• 依託單位：中國人民解放軍軍事科學院軍事醫學研究院

中文摘要

本項目擬利用生物信息學和比較基因組學分析技術，繪製不同豬鏈球菌2型分離株的系統進化樹和基因進化樹，發掘可能的新毒力相關基因和致病島，分析基因島（群）的結構、功能及其連鎖變異與毒力衍化的關係；建立豬鏈球菌毒力蛋白資料庫，利用酵母雙雜交篩選技術和細菌轉錄組分析技術，研究基因島（群）主要毒力基因協同關係及毒力蛋白互作網路；敲除主要毒力蛋白基因及毒力調控基因，測定轉錄譜的改變，進而利用動物模型和細胞模型驗證毒力變化規律。最終明確豬鏈球菌2型細菌毒力效應的主要調控途徑及關鍵環節，揭示致病作用及其毒力變異的主要分子基礎，為闡明其毒力衍化變異及致病機制提供科學依據，從而解決豬鏈球菌2型毒力形成及其變異機制這一科學問題。

結題摘要

豬鏈球菌是在世界範圍流行的人獸共患病原菌，給養豬產業和人類健康造成巨大威脅。根據莢膜多糖抗原分為不同血清型，其中血清2型（SS2）流行範圍最廣。根據多位點測序分型（MLST）則可分為不同的基因型以及聚類的基因群（complex）。本研究以2005年在中國四川爆發流行的SS2菌株為主要研究目標，通過基因島預測軟體、體外轉錄組學數據和比較基因組學等方法，鑑定可移動的遺傳元件，並分析這些移動元件在SS2不同菌株中的分布及其與毒力衍化的關係。最終，在四川流行菌株基因組中共鑑定8個可移動基因島，並且這些基因島主要存在於SS2強毒菌株中，而在弱毒和無毒菌株中缺失，可能與致病性直接相關。本研究新建立的利用轉錄組數據篩選低表達的基因區域，用來預測基因島，經證明可作為現有預測軟體的有效補充，為細菌遺傳進化研究提供新的思路。流行病學研究證明，中國的SS2分離菌株主要分為兩大基因群，其中ST1 complex主要分離自病死豬，致病力強，多數攜帶8個可移動基因島，而ST27 complex主要分離自表觀健康豬，8個基因島幾乎完全缺失。兩個不同基因群的菌株可能是因為攜帶限制-修飾系統元件完全不同，導致不同的遺傳進化分歧，如攜帶的可移動基因島完全不同，進而導致適應性和致病性等的差異。進而，利用溫敏自殺載體和同源重組原理，敲除失活SS2強毒菌株中基因島攜帶的假定毒力基因。敲除失活的基因包括，GEI5基因島內的引物酶基因和轉錄調節基因，GEI5基因島內的菌毛蛋白特異性的分選酶基因，限制-修飾系統特異性蛋白（HsdS）和代謝產物調節蛋白基因（ccpA）等。經動物試驗和細胞試驗證明，上述假定毒力基因的失活均導致細菌致病性不同程度的降低。經轉錄組（RNA-Seq）和蛋白代謝組學的比較分析證明，分析的毒力基因通過不同的途徑參與細菌全局的網路調控，基因敲除失活的菌株參與能量代謝、磷酸化、甲基化和轉錄調節等的基因有不同程度的上調和下調，從而改變細菌的致病性和適應性。本研究系統分析SS2流行菌株攜帶的可移動基因島，並且分析了基因島攜帶毒力相關的基因參與致病性以及細菌全局網路調控的作用，為豬鏈球菌病的流行病學和防控研究提供了新的思路和方向。