微生物基因组序列测量及其重大意义

微生物基因组测序不仅可使人们更好地了解病原微生物的致病机制以及它们与宿主的相互关系,促进寻找更灵敏及特异的病毒原微生物的诊断,分型手段,而且为临床筛选有效的药物及发展疫苗提供参考,此外,它还能提高对人类相关基因功能的认识,为探讨人类遗传性疾病机制提供参考,本文就微生物序列测定重大的理论及应用价值作一简要概述。     

反向疫苗学分析方法及在疫苗开发中应用进展

疫苗自从被广泛应用以来,在人类抵抗致病微生物的战斗中发挥了越来越重要的作用。传统的疫苗开发方法是通过培养微生物,从中分离具有免疫保护作用的有效抗原,费时费力,且有很大局限性。近年来,基因组学和生物信息学方法的联合,促成了反向疫苗学(Reverse vacc inology)的产生,即从致病微生物的基因组中用生物信息学方法预测得到一批可能的保护抗原,然后通过生物化学、免疫学以及微生物学方法加以验证,大大加快了寻找保护性抗原的速度。迄今为止,人们已经多次成功地运用了反向疫苗学,其中在脑膜炎奈瑟球菌B疫苗开发研制上的成功应用成为一个里程碑式的事件,为以后的疫苗开发工作奠定了良好的基础。     

猫和狗的疫苗可能有助于人类

人们将绝大部分精力投入了人病疫苗的开发研究,然而,动物疫苗对人类健康可能有重大作用。上个月,在全美微生物学会会议上,几个小组报导了他们开发动物疫苗的研究情况。这些疫苗预防的动物疾病可传染给人类,或者可以作为人类疾病的模型。     

微生物功能基因组学研究

自从1995年流感嗜血杆菌的基因组序列测定完成之后[1],目前已有75种(株)微生物的基因组完成测序,160多种(株)微生物的基因组测序正在进行中[2]。随着各种微生物基因组测序工作的不断完成和序列信息的积累,微生物基因组学研究的重点已由结构基因组学向功能基因组学转移。微生物功能基因组学研究不仅要阐明微生物基因组内每个基因的作用或功能,还要研究基因的调节及表达谱,进而从整个基因组及其全套蛋白质产物的结构、功能、机理的高度去了解微生物生命活动的全貌,揭示微生物世界的各种前所未知的规律,并使之为人类和社会服务。与真核生物相比,虽然微生物的基因组相对简单,但微生物基因组学研究仍具有重大的科学和经济意义。在细菌基因组中,既有编码在极端环境下起催化作用的酶的基因,也有编码分解化学污染物的酶的基因,这些基因在真核细胞是不存在的。通过微生物功能基因组学研究,还能发现药物靶位和疫苗抗原。微生物基因的功能及表达研究结果也能为研究复杂生物的基因功能提供参考。近些年微生物功能基因组学研究受到了普遍重视。日本组织了十几所大学和研究机构,计划用5年时间完成大肠杆菌的功能基因组研究[3]。日本还与欧洲联合正在开展枯草杆菌功能基因组学研究[4]。其它微生物的功能基因组学研究也在进行中。由于微生物的种类繁多,功能基因组研究的内容又较丰富,要全面介绍微生物功能基因组学研究是困难的。本文仅从未知功能基因的鉴定、药物靶位及疫苗抗原研究、致病机制研究、生物功能图谱研究4个方面进行简要的评述。     

疫苗研究新策略—反向疫苗学

反向疫苗学是现代疫苗学研究的一种新的策略,随着生物信息学的不断发展,疫苗学的研究进入了一个新的时期,通过对基因组序列分析,来筛选重要保守抗原序列,从而鉴定具有一定免疫原性特征的蛋白质。这种方法可以提高疫苗筛选效率。因此,反向疫苗学对于传统方法无法制备的疫苗提供了一种新的研究方法和思路,具有十分重要的意义。本文就此作一综述。     

极端酸性矿山环境微生物基于CRISPR系统的适应性免疫机制

【目的】通过对酸性矿山环境中嗜酸硫杆菌属(Acidithiobacillus)、脱硫弧菌属(Desulfovibrio)、钩端螺旋菌属(Leptospirillum)、硫化杆菌属(Sulfobacillus)、酸原体属(Acidiplasma)和铁质菌属(Ferroplasma)的100株冶金微生物基因组中CRISPR-Cas系统的结构特征和同源关系进行生物信息学分析,在基因组水平上解析冶金微生物基于CRISPR系统对极端环境的适应性免疫机制。【方法】从NCBI网站下载基因组序列,采用CRISPR Finder定位基因组中潜在的CRISPR簇。分析CRISPR系统的组成结构与功能:利用Clustal Omega对重复序列(repeat)分类;将间隔序列(spacer)分别与nr数据库、质粒数据库和病毒数据库比对,获得注释信息;根据Cas蛋白的种类和同源性对酸性矿山环境微生物的CRISPR-Cas系统分型。【结果】在100株冶金微生物基因组中共鉴定出415个CRISPR簇,在176个c CRISPR簇中共有80种不同的重复序列和4147条间隔序列。对重复序列分类,发现12类重复序列均能形成典型的RNA二级结构,Cluster10中的重复序列在冶金微生物中最具有代表性。间隔序列注释结果表明,这些微生物曾遭受来自细菌质粒与病毒的攻击,并通过不同的防御机制抵抗外源核酸序列的入侵。冶金微生物细菌的大部分CRISPR-Cas系统属于I-C和I-E亚类型,而古菌的CRISPR-Cas系统多为I-D亚类型,两者基于CRISPR-Cas系统的进化过程中存在显著差异。【结论】酸性矿山环境微生物的CRISPR结构可能采用不同免疫机制介导外源核酸序列与Cas蛋白的相互作用,为进一步揭示极端环境微生物的适应性进化机理奠定了基础。     

中国狂犬病疫苗生产株CTN-1全基因序列分析

本文首次对我国现行狂犬病疫苗生产用毒株CTN-1进行全长基因组序列测定和分析,为CTN-1疫苗在我国实际应用中的优势提供理论基础。利用RT-PCR方法分段扩增CTN-1全基因组序列,随后将PCR产物克隆到T载体、测序、拼接,用MegAlign软件比较CTN-1全基因组序列与国内外狂犬病疫苗株和街毒株全基因组序列的同源性;再以糖蛋白(G)基因为模板,用ClustalX和MEGA4软件进行系统进化分析。测序结果表明CTN-1全基因组序列的长度为11925nt(GenBank登录号FJ959397),序列分析表明CTN-1为基因Ⅰ型;CTN-1株全基因组序列与国内外狂犬病疫苗株和街毒株全基因组之间的同源性是81.5%～93.4%;与美国蝙蝠分离株SHBRV18的同源性最低,仅为81.5%;与新近从中国国内分离的野毒株HN10株的同源性最高,达93.4%。系统进化分析结果表明,CTN-1与国内不同地区大多数分离的狂犬病街毒株聚类于同一组内;而我国另一疫苗株aG株与国外疫苗株如Flury、PM、PV、ERA、RC-HL和个别中国街毒株分在另一组内。G基因氨基酸对比也显示CTN-1株与国内大多数街毒株的同源性高于其他疫苗株,结果说明CTN-1株较其他疫苗株病毒更适合制备用于预防中国狂犬病的灭活疫苗。     

微生物基因组研究

人基因组计划(Human Genome Project HGP)是一项国际性的研究计划,其目标是要把人基因组大约10万个基因、30亿对核苷酸定位和序列分析,是一项可与“人类登月计划”相比拟的空前浩大的工程,它的实施对医学和人类认识自身有着划时代的意义,它的完成对人类疾病的控制有极其重要的作用。要完成这样的项目,如果用传统的方法来进行,几乎是不可思议的,而各种自动化的大规模基因分析技术和计算机为基础的信息处理技术不断出现,大大加快了基因组分析的进程。对微生物基因组进行分析,在人基因组计划中仅是作为一种“模式生物”(model organism),用它们来试验方法,验证     

环境微生物基因组技术研究进展

环境微生物基因组学是基于功能和序列的基础上对得到的环境样品基因组进行分析的科学,是目前国际生物技术研究开发的最新热点之一。对环境微生物基因组技术的概念、研究策略和筛选方式进行了介绍,并对该技术存在的问题和未来发展方向做了展望。     

人类基因组研究进展及其产业化前景

人类基因组研究关系到人类生存与健康的各个方面 ,成为医药生物技术产业创新的重要源头 ,将产生巨大的社会效益和经济效益。 2 0世纪末启动的人类基因组计划被公认为是生命科学发展史上的里程碑 ,随着人类基因组、水稻基因组、拟南芥基因组及其它重要微生物等 5 0多种生物基因组全序列测定工作的完成 ,目前国际基因组研究开发的总体趋势已发生了变化 ,功能基因组研究成为竞争的焦点。我国在人类基因组研究方面已取得令人瞩目的成绩 ,如在世界上首次克隆了人神经性高频耳聋、遗传性乳光牙等一批疾病基因 ,收集、保存了一批宝贵的遗传资源 ,建立了国家级的、在国际上具有初步竞争实力的人类基因组研究基地等。综述了近年来人类基因组研究、开发现状及我国在该领域所具备的一些工作基础 ,并对加速我国人类基因组研究提出了一些建议。     

合成噬菌体的贡献与风险

噬菌体（bacteriophage,phage）是感染细菌、真菌、放线菌或螺旋体等微生物的细菌病毒的总称。噬菌体在生态、微生物进化、细菌性疾病预防和治疗、细菌鉴定与疾病诊断等方面扮演重要角色。基因组测序技术和高效合成平台促进了合成基因组学的发展。利用合成基因组学技术,对噬菌体基因组进行设计或者合成出新的噬菌体来服务人类在不久的未来可能成为现实。但与此同时,合成噬菌体带来的风险也必须认真考虑。     

表位疫苗及相关技术研究进展

表位疫苗是用抗原表位制备的疫苗,是近年来新兴的一种疫苗研制技术,也是今后最具开发前景的疫苗技术之一,在肿瘤、病毒等疾病的防治中有着自身独特的优势。本文详细阐述了T表位和B表位的筛选和鉴定方法、表位疫苗的载体研究及表位疫苗在肿瘤、病毒和微生物感染中的应用等,对表位疫苗的最新研究进展进行了综述。     

表位疫苗研究进展

表位疫苗是用抗原表位制备的疫苗,是近年来新兴的一种疫苗研制技术,也是今后最具开发前景的疫苗技术之一,在肿瘤、病毒等疾病的防治中有着自身独特的优势.详细阐述了T表位和B表位的筛选和鉴定方法、表位疫苗的载体研究及表位疫苗在肿瘤、病毒和微生物感染中的应用等,对表位疫苗的最新研究进展进行了综述.     

口蹄疫病毒的分子生物学和新型疫苗的研制

口蹄疫目前在世界上特别是在亚、非、拉美地区仍然是构成严重经济问题的一个病害,许多国家在大力研制和开发高效、安全的疫苗,包括用遗传工程手段制备的疫苗。近年来由于运用快速的核酸序列分析、重组DNA和单克隆抗体等新技术,使我们对口蹄疫病毒的基因组结构和抗原结构有了更多的了解,这对研制新型疫苗有直接的指导意义;另一方面,合成多肽的应用在模拟病毒抗原决定子及开发新型疫苗上也正崭露头角。     

微生物基因组研究进展

本综述了微生物全基因组测序的基本方法,数据收集和组装,序列缺口的填充、全基因组序列注释。同时对微生物基因组的研究现状和重大意义也作了简单概述。     

元基因组学及其在转化医学中的应用

微生物群落遍布于人体的每个角落,与人共生并对人体健康产生重要和深刻的影响。与人类共生的全部微生物的基因组总和称为“元基因组”或“人类第二基因组”。研究人体微生物群落及相关元基因组数据,对转化医学领域的基础研究和临床应用具有重要的价值。通过对生物医学相关的高通量元基因组数据进行分析,不仅能为基础医学研究向医学临床应用转化提供新思路和新方法,而且具有广阔的应用前景。基于新一代测序技术产生的数据,元基因组分析技术和方法能够弥补以往人体微生物先培养后鉴定方法的缺陷,同时能有效鉴定和分析微生物群落的组成及功能,从而进一步探究和揭示微生物群落与机体生理状态之间的关系,为解决许多医学领域的难题提供了全新的切入角度和思维方法。文章系统介绍了元基因组研究的现状,包括元基因组的方法概念和研究进展,并以元基因组在医学研究中的应用为着眼点,综述了元基因组在转化医学方面的研究进展,进一步阐述了元基因组研究在转化医学应用领域中具有的重要地位。     

微生物全基因组测序研究进展

本文综述了近年来大规模微生物基因组核酸序列测定的最新研究进展,介绍微生物全基因组测序的基本方法、序列的收集组装,序列缺口的填补,以及序列资料的计算机分析整理。大规模基因组测序完成后,未来面临的更大挑战是在ＤＮＡ序列基础上认识微生物的完整生物学功能。为此本文也介绍了有关基因功能分析的新技术,并对微生物基因组功能分析的未来发展作了展望。     

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.     

严重急性呼吸道综合征冠状病毒疫苗研究现状

冠状病毒被认为是新近爆发的严重急性呼吸道综合征的病原体.迄今公共数据库中已发表了不同国家和地区分离的12个SARS病毒株基因组完整序列.突起蛋白是冠状病毒的主要抗原,包含许多抗原决定簇.SARS冠状病毒突起蛋白的相对保守性为有效疫苗的开发奠定了很好的研究基础.灭活或减毒的冠状病毒疫苗存在一定的局限性和危险性.开展基因工程疫苗和核酸疫苗的制备研究以及相关候选疫苗的联合应用研究将是一个切实可行的途径.     

基因组规模代谢网络模型构建及其应用

微生物制造产业的发展迫切需要进一步提高认识、设计和改造微生物细胞代谢的能力,以推动工业生物技术快速发展。随着微生物全基因组序列等高通量数据的不断积聚和生物信息学策略的持续涌现,使全局性、系统化地解析、设计、调控微生物生理代谢功能成为可能。而基于基因组序列注释和详细生化信息整合的基因组规模代谢网络模型(GSMM)构建为全局理解和理性调控微生物生理代谢功能提供了最佳平台。以下在详述GSMM的应用基础上,描述了如何构建一个高精确度的GSMM,并展望了未来的发展方向。