B族链球菌耐药基因分析和构巢曲霉基因组注释

发布时间：2020-06-13 22:02

【摘要】：近年来测序技术不断更新,测序成本大大降低。利用高通量测序技术结合生物信息学分析病原微生物的遗传特征,使我们对微生物的起源、演化、传播和致病机制等方面有了更深入的了解。本研究分为两部分,分别对临床样本中细菌和真菌病原进行高通量测序,结合序列分析和表型验证试验,揭示病原的遗传特征,耐药性和毒力特点。多耐药B族链球菌基因组序列分析研究目的B族链球菌(Group B Streptococcus,GBS)是引发新生儿感染主要病原之一。然而中国目前对GBS研究还处于初级阶段,缺乏对中国GBS菌株的基因组研究。本研究将通过基因组分析,获得中国GBS菌株的致病分型和耐药特点,为临床新生儿GBS感染的预防和治疗提供理论依据。研究内容通过高通量测序和公共数据库基因组数据收集,本研究对102株GBS中国株进行了分型鉴定,构建中国GBS菌群结构,结合菌株致病信息,分析致病菌株分型特点。并对所有菌株进行耐药基因筛查,结合药敏试验验证,分析中国GBS菌株的耐药特点和耐药菌株分布情况。研究方法使用高通量测序技术获得临床样本中GBS菌株的全基因组序列,并收集公共数据库中GBS中国菌株的测序数据,通过组装基因组共得到102株GBS全基因组序列。使用分子分型方法对所有菌株分型。分析基因组数据提取核心基因组SNP数据,系统演化分析构建中国GBS种群结构。通过序列比对,筛查GBS基因组中的耐药基因,分析耐药基因元件结构,并结合药敏试验,测试GBS菌株的耐药性。研究结果102株GBS主要分为5个群,中国GBS种群结构与国外报道结果一致。新生儿感染多由ST17型菌株引起,相比其他菌株ST17型菌株多携带有多重耐药基因。对ST17型菌株进一步分析显示,ST17型菌株在演化过程中分为两群,主要来自广州、深圳两地。ST17型菌株基因组内携带两种耐药基因元件,耐药菌株对四环素、大环内酯类和氨基糖苷类抗生素表现出很强的抗性。研究结论本研究首次从群体水平对中国GBS菌株基因组进行分析。分析得到新生儿感染菌株的分型特点,和GBS菌株的耐药性。耐药菌株携带的耐药基因元件可以通过水平基因转移使敏感菌株获得耐药性。以上结果表明,在应对新生儿GBS感染中要控制抗生素的使用,加快疫苗的开发与普及,控制耐药性毒力菌株在抗生素压力下发生扩张。构巢曲霉临床株基因组注释研究目的构巢曲霉(Aspergillus nidulans,A.nidulans)是曲霉属代表性物种,作为遗传学研究模式生物已有70多年的历史。同时构巢曲霉也是一种机会致病菌,感染多见于CGD或免疫缺陷患者,健康人感染构巢曲霉十分罕见。我们应用多种测序技术,对一株构巢曲霉进行基因组测序,并进行精细的基因组注释,为下一步比较基因组学和系统演化分析奠定基础。研究内容我们从罕见病例样本中分离得到一株构巢曲霉,命名为BJCH M5。我们对这株构巢曲霉进行分子生物学鉴定和形态学观察,并对其进行全基因组测序,整合转录组、蛋白质组数据完成了高精度的基因组注释。研究方法结合单分子实时测序(Single molecule real time sequencing,SMRT sequencing)技术和高通量染色体结构捕获(High throughput chromosome conformation capture,Hi-C)技术,我们对BJCH M5进行基因组测序和组装校正。因真核生物基因结构复杂,我们整合了转录组数据和蛋白质组质谱数据对基因组进行注释,并对注释结果进行验证。使用多种生物信息学软件和数据库对BJCH M5进行功能注释,最终得到高精度的基因组注释数据。研究结果我们首次发现一例无免疫功能缺陷的儿童患有构巢曲霉中枢神经系统感染的病例,对病原真菌进行鉴定和形态学观察。我们发现临床菌株BJCH M5与参考菌株FGSC A4表型差异很大,为进一步研究BJCH M5的遗传特征,我们对BJCH M5进行全基因组测序和高精度的基因组注释。BJCH M5共有8条染色体和一条线粒体,全基因组共有10949个基因,编码11470条转录本,其中17.6%的转录本有明确的功能注释,注释结果得到蛋白质组数据的验证。研究结论在本研究中,我们利用最新的测序技术和全面的数据分析流程,克服以往在真菌基因组测序和注释中的难点,首次获得了高质量的临床构巢曲霉菌株的基因组数据,为以后的曲霉基因组分析和致病机制研究奠定了坚实的基础。
【图文】：

系统演化关系,菌株,耐药基因

图 1.1 102 株 GBS 核心基因组系统演化关系以 2603V/R 菌株基因组为参考，使用 RAxML 软件构建 102 株 GBS 演化关系，构建基于核心基因组比对生成的 26406 个 SNP 位点；图中注释为（由外到内）：菌株收集时间，基因组中耐药基因个数，宿主情况和 MLST 分型结果。每株菌用不同颜色圆圈标记血清型鉴定结果1.3.2 ST17 型菌株含有多种耐药基因ST17 菌株具有引发新生儿感染和携带多个耐药基因两个特点。进一步的系统演化分析显示（图 1.2），本研究中 38 株 ST17 菌株在演化过程中形成两个主要分支，分别命名为 I 群和 II 群，其中 I 群 23 株菌，II 群 15 株菌。ST17 菌株中有 35株来自广州和深圳，两群菌株在两地呈现混合状态。耐药基因筛查结果显示 ST17多耐药菌株基因组携带四环素、大环内酯类和氨基糖苷类抗生素抗性基因，部分菌株还携带林可酰胺类抗生素抗性基因。ST17 两群菌株携带的耐药基因不同，，I第 17 页

耐药基因

图 1.2 ST17 型 GBS 耐药基因分布基因组为参考，使用 RAxML 软件构建 38 株 ST17 菌株系统发生对中的 1972 个 SNP 位点，B83（1970 年分离）为外群菌株，用粗鉴定基因组中耐药基因，耐药基因按抗生素类别标记颜色，灰色两个主要演化分支用不同颜色表示药表型与携带耐药基因相关，药敏试验结果（表 1.3）显示霉素、头孢吡肟和万古霉素敏感，菌株 BJCH_SA3、B对四环素耐受，菌株 BJCH_SA1 、BJCH_SA2 和 BJCH_S
【学位授予单位】：军事科学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：R378

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