二代测序技术在结核分枝杆菌研究中的应用进展

结核病是由结核分枝杆菌引起的全球第二大传染病。二代测序技术为从基因组水平研究结核分枝杆菌提供了重要的研究方法。本文从结核病流行病学、结核分枝杆菌耐药和进化及相关生物信息学等方面,介绍二代测序技术在结核分枝杆菌研究中的应用进展。     

两株超级广泛耐药结核分枝杆菌全基因组比较分析

【目的】结合现有数据,通过对两株临床超级广泛耐药的结核分枝杆菌全基因组的测序和分析,发现其型别相关的突变位点,解释发生广泛耐药的基因组突变机制。【方法】利用Solexa第二代测序技术对两株广泛耐药结核分枝杆菌(FJ05194和GuangZ0019)进行全基因组测序分析。以H37Rv为参考序列得到两株广泛耐药菌株的单核苷酸多态性(SNPs),构建系统发育树鉴定菌株型别,判断突变位点中型别相关和非型别相关的SNPs。定位SNPs所在的基因组区域,对型别相关的突变基因进行KEGG通路的富集分析,对非型别相关的突变基因和间隔区判断是否与耐药相关。【结果】两株广泛耐药菌株分别属于Lineage2和Lineage4型别,两菌株在碱基替换方面存在差异性,Lineage2型别相关的基因功能富集于ABC转运蛋白和核苷酸切除修复的通路。耐药方面,发现了已知的耐药相关基因的突变(rpoB、katG、rpsl、gyrA、gyrB、embB和ethA等),但卷曲霉素和卡那霉素相关的rrs、tlyA和eis启动子区域未发生突变,不足以解释其耐药性的产生。与最新报道的候选耐药基因比较,发现了卷曲霉素和卡那霉素相关的突变(Rv1393c、Rv0265c和narX等)和外排泵相关的pstB、Rv2333c和Rv2687c突变。【结论】结核分枝杆菌Lineage2型别相关的SNPs中含有影响结核分枝杆菌突变率和耐药性的突变。对于两株超级广泛耐药的结核菌,已知的激活药物或药靶相关的单耐药基因突变集合不能完全解释其广泛耐药性,还涉及新候选结核耐药基因、外排泵和补偿等其他潜在机制的相关基因突变。     

新疆南疆MTB临床分离株异烟肼耐药情况及耐药相关基因的突变研究

目的:探索新疆南疆部分地区维吾尔族结核病人群中分离到的结核分枝杆菌基因组中的katG、inhA、kasA、ahpC基因突变与耐异烟肼的关联,揭示新疆肺结核病高患病率、高死亡率的可能原因.方法:收集新疆南疆部分地区维吾尔族结核病患者痰液标本,对MTB进行分离培养后,应用比例法检测其对异烟肼耐药性,运用PCR技术对所分离菌株的上述基因相关片段扩增并进行测序及序列分析.结果:筛选出实验菌株99株,其中敏感株63株,耐异烟肼菌株36株,耐药率为36.4%.耐药株中katG基因突变率为63.9%,315位点突变,突变类型AGC→ACC(Ser→Thr)、AGC→AAC(Ser→Asn);inhA基因突变率为47.2%,有缺失、同义突变和错义突变;kasA基因突变率为41.7%,突变类型为缺失和错义突变;ahpC基因突变率为8.3%,属于错义突变.结论:新疆南疆结核病高患病率、高死亡率的可能原因之一是结核分枝杆菌对INH产生了耐药,结核分枝杆菌对INH耐药机制可能与耐药菌株基因组内katG、inhA、kasA和ahpC基因发生了突变有关.     

应用体内诱导抗原技术筛选结核分枝杆菌体内表达基因

为寻找新型抗结核药物靶标 ,采用体内诱导抗原技术筛选结核分枝杆菌的体内诱导基因。首先构建了结核分枝杆菌基因组质粒表达文库 ,库容量为 1 0 2× 1 0 5CFU。再用经过结核分枝杆菌和大肠杆菌的裂解产物吸附过的结核病人血清 ,通过原位免疫印迹来筛选基因组表达文库 ,共获得 1 6个阳性克隆。对阳性克隆进行测序和生物信息学分析 ,发现该 1 6个阳性克隆可能包含 2 2个开放阅读框 (ORF)。按照功能将其分为 7类基因 :脂类代谢 2个、信号途径 5个、PE/PPE蛋白家族 2个、中间产物与能量代谢 6个、细胞壁与细胞处理 1个、假想蛋白 4个和与牛型分枝杆菌定向进化同源的 2个 ,其中部分基因可能与毒力相关 ,可以作为候选药物靶标     

雄烯二酮高产菌新金分枝杆菌MN4的全基因组测序及序列分析北大核心CSCD

【目的】新金分枝杆菌(Mycobacterium neoaurum)MN4是1株经诱变育种获得的高产雄烯二酮,并且能够耐受高浓度底物植物甾醇的突变菌株。为深入研究MN4菌株耐底物的机制及雄烯二酮的生物合成途径,有必要解析MN4菌株的全基因组序列信息。【方法】本研究采用高通量测序技术对MN4进行全基因组测序,然后使用相关软件对测序数据进行基因组装、基因预测与功能注释、COG聚类分析以及次级代谢产物合成基因簇预测等。【结果】新金分枝杆菌MN4基因组装获得33个Contigs,整个基因组大小为5.39 Mb,GC含量为66.9%,编码4920个蛋白基因,序列提交至Gen Bank数据库,登录号为JXYZ00000000。【结论】本研究首次报道了1株高产雄烯二酮菌株MN4的全基因组序列,分析了基因组的基本特征,初步解析了该菌株降解植物甾醇生产雄烯二酮的关键基因,将为MN4的功能基因组学研究及相关次级代谢产物的生物合成途径与异源表达研究提供基础。     

耐药结核分枝杆菌感染动物模型所用菌株的筛选

本研究通过小鼠体内实验检测我国部分地区结核分枝杆菌耐药菌株的毒力,以筛选耐药结核分枝杆菌感染动物模型所用菌株。收集从我国部分省份98例结核病患者痰培养液中分离出的结核分枝杆菌,用比例法药敏试验进行结核分枝杆菌一线和二线药物的药敏试验,筛选出对二线药物敏感而对一线药物利福平或异烟肼耐药或敏感的菌株,然后进行小鼠体内毒力实验,对异烟肼耐药相关基因katG和利福平耐药相关基因rpoB测序并进行基因突变分析。从98株菌中筛选出药物敏感谱清晰的40株,进行小鼠体内毒力实验。结果显示,共35株半数死亡时间≤H37Rv的半数死亡时间,其中18株耐利福平合并耐异烟肼、5株单耐利福平,7株单耐异烟肼、5株对利福平和异烟肼均敏感。通过小鼠毒力研究,分别筛选出基因背景清晰,半数死亡时间≤7d的耐利福平合并耐异烟肼的菌株1株、半数死亡时间≤7d单耐利福平和异烟肼的菌株各1株,作为耐药结核分枝杆菌感染小鼠模型所用菌株及进一步进行豚鼠等其他动物模型感染用候选菌株。     

结核分枝杆菌基因组学与基因组进化

在后基因组时代,特别是在新的测序理论和设备大发展的背景下,一些重大传染性致病微生物基因组序列正在被逐一测定,并且随后的基因功能注释,蛋白质三维结构重建等工作也正在开展,以期对致病微生物的生物学特性、诊断策略和治疗方法等有突破性的认识.作为对人类健康一直存在严重威胁的结核分枝杆菌,其基因组在进化中所发生的各种遗传事件对其生物学性质、致病能力和抗药性等各方面有重要作用.本文旨在阐述结核分枝杆菌的起源及其基因组特征,论述其基因组进化的研究进展.     

用全基因组测序评价VNTR分型在泛耐药结核分枝杆菌传播中的应用

近年来,随着技术的进步、测序成本的降低,全基因组测序(whole-genome sequencing,WGS)技术开始应用于结核分枝杆菌传播的研究。本研究采用基于单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism,SNP)的分型方法评价多位点数目可变串联重复序列(variable-number tandem-repeat,VNTR)分型判断泛耐药结核分枝杆菌(extensively drug-resistant Mycobacterium tuberculosis,XDR-TB)传播及成簇特征的准确性。对2003-2009年重庆市肺科医院诊断的55例XDR-TB菌株分别进行9＋3个位点的VNTR分型和WGS分析,分别构建系统进化树,并比较两种方法判断成簇的一致性与差异。VNTR分型方法鉴定出45个基因型,其中39株为单一基因型,16株(29.1%)分别归入6个基因簇。规定菌株间差异不超过12个SNP即为成簇,WGS将20株(36.4%)分为5个簇。两种方法判断成簇的一致性为 63.6%。与WGS相比,VNTR分型的灵敏度为 40.0%,特异度为 77.1%。相比于WGS,VNTR分型特异度较高,但仅凭其结果可能会错误估计XDR-TB的传播性。因此,规定菌株间相差不超过12个SNP即有近期传播关系是否适用于XDR-TB,有待进一步研究。     

微生物结构与功能基因组研究进展

已有20余种病原性细菌完成了全基因测序.目前正在进行大量的功能基因组研究.已发现结核分枝杆菌(结核杆菌)持续感染的相关基因.通过对幽门螺杆菌菌株间基因组的比较,提出菌株基因表达的不同可影响菌株的致病作用.此外,还发现了新的奈氏脑膜炎球菌候选疫苗株和抗原.对细菌耐药性机制的了解也有所进展.希望我国医学微生氏物学工作者重视这一迅速发展的领域.     

花鲈源海分枝杆菌的分离、基因组测序及比较基因组学研究

2015年,广州某养殖场的花鲈(Lateolabrax japonicus)发生细菌性病害,患病花鲈肝脏、脾脏和肾脏有典型的结节症状,病理组织分析表明,肝脏、脾脏和肾脏等器官组织中有大量肉芽肿,而且组织中分布大量抗酸的杆状细菌。从6尾患病花鲈内脏中分离到6株形态相似的菌落,然后对其中一株病原菌HL1506菌株进行基因组测序,分析结果表明该病原菌为海分枝杆菌(Mycobacterium marinum)。HL1506菌株的基因组大小为6.34 Mb,GC含量为65.68%,编码5 406个基因,具有T1SS分泌系统和T3SS分泌系统。比较基因组学研究表明,HL1506菌株与参考菌株M、MB2、E11和Europe基因组相比,有3 948个共有基因,而该菌株的特有基因为242个。根据共有基因构建系统发育树,结果表明HL1506菌株与人源海分枝杆菌M株和鱼源海分枝杆菌MB2株聚为一枝,这表明它们之间的亲缘关系较近,同时也表明HL1506菌株有感染人的潜在可能。综上,患病花鲈为海分枝杆菌感染,并且有典型的结节症状。海分枝杆菌HL1506基因组与人源菌株有较高的相似性,这表明该菌株对人的健康有潜在的威胁。     

Recent advances in the study of Kaposi's sarcoma-associated herpesvirus replication and pathogenesis

It has now been over twenty years since a novel herpesviral genome was identified in Kaposi's sarcoma biopsies. Since then, the cumulative research effort by molecular biologists, virologists, clinicians, and epidemiologists alike has led to the extensive characterization of this tumor virus, Kaposi's sarcoma-associated herpesvirus(KSHV; also known as human herpesvirus 8(HHV-8)), and its associated diseases. Here we review the current knowledge of KSHV biology and pathogenesis, with a particular emphasis on new and exciting advances in the field of epigenetics. We also discuss the development and practicality of various cell culture and animal model systems to study KSHV replication and pathogenesis.     

The structure, reproduction and taxonomy of Vidalia and Osmundaria (Rhodophyta, Rhodomelaceae)

Comprises species occurring mostly in subtidal habitats in tropical, subtropical and warm-temperate areas of the world. An analysis of the type species, V. spiralis (Sonder) Lamouroux ex J. Agardh, a species from Australia, establishes basic characters for distinguishing species in the genus. These characters are (1) branching patterns of thalli, (2) flat blades that may be spiralled on their axis, (3) width of the blade, (4) primary or secondary derivation of sterile and fertile branchlets and (5) position of sterile and fertile branchlets on the thalli. Application of the latter two characters provides an important basic method for separation of species into three major groups. Osmundaria , a genus known only in southern Australia, was studied in relation to Vidalia , and its separation from the Vidalia assemblage is not accepted. Species of Vidalia therefore are transferred to the older genus name, Osmundaria. Two new species, Osmundaria papenfussii and Osmundaria oliveae are described from Natal. Confusion in the usage of the epithet, Vidalia fimbriala Brown ex Turner has been clarified, and Vidalia gregaria Falkenberg, described as an epiphyte on Osmundaria pro/ifera Lamouroux, is revealed to be young branches of the host, Osmundaria prolifera.     

New or rare chromosome counts in Artemisia L. (Asteraceae, Anthemideae) and related genera from Kazakhstan

Fifteen chromosome counts of six Artemisia taxa and one species of each of the genera Brachanthemum, Hippolytia, Kaschgaria, Lepidolopsis and Turaniphytum are reported from Kazakhstan. Three of them are new reports, two are not consistent with previous counts and the remainder are confirmations of very scarce (one to four) earlier records. All the populations studied have the same basic chromosome number, x = 9, with ploidy levels ranging from 2x to 6x. Some correlations between ploidy level, morphological characters and distribution are noted.     

肝癌中HBV和HCV基因和抗原的分布及意义

采用原位分子杂交方法检测HCV RNA及HBV X基因;采用免疫组织化学方法研究HCV核心抗原,非结构区C33c抗原及HBxAg在肝细胞肝癌中的定位及分布.结果表明(1)HCV RNA、HBV X基因在肝细胞肝癌组织检出率分别为40%(55/136)和82%(112/136).HCV RNA定位于癌细胞的胞浆内,阳性细胞呈散在、灶状及弥漫分布三种形式;HBV X基因在肝癌细胞中的分布呈胞浆型、核型及核浆型,阳性细胞也呈上述三种分布形式;(2)HCV C33c抗原、核心抗原在肝细胞肝癌中的阳性率为81%(133/164)及86%(141/164).C33c抗原定位于癌细胞及肝细胞的胞浆内;核心抗原既定位于癌细胞核中,又可定位于胞浆中.C33c抗原阳性细胞以灶状分布为主;而核心抗原阳性细     

Selection with two alleles and complete dominance

For a plant selection model with frequency-independent viabilities, fertilities and selfing rates, it is shown that apart from global fixation, for certain parameter combinations a protected polymorphism and facultative fixation (either allele may become fixed according to initial frequencies) may both occur. Facultative fixation requires different selling rates for the dominant and recessive type. Protection of the polymorphism requires resource allocation for male and female function. In this connection the problem of purely genetically caused population extinction is discussed.
For general frequency dependence and regular segregation, the chances for establishment of a completely recessive gene are compared to those of a completely dominant gene. It is proven that the process of establishment of the recessive gene, despite a fitness advantage, may be considerably endangered by drift effects if random mating prevails. The recessive gene may reach the same effectivity in establishment as a dominant gene, only if the recessive homozygote mates exclusively with its own type during the period of establishment.