基于生物信息学的结核分枝杆菌分子流行病学调查及诊断靶标簇系统平台的建立

发布时间：2017-10-25 06:16

  本文关键词：基于生物信息学的结核分枝杆菌分子流行病学调查及诊断靶标簇系统平台的建立

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【摘要】：结核病在发展中国家的死灰复燃已成为全球倍受关注的重大公共卫生问题，结核病的高漏报率、蔓延及区域扩大化等均与其检测水平的局限性有密切关联。目前结核病的检测现状不容乐观，还停留在标本涂片、结核分枝杆菌培养(需4-6周)、X线、CT检查、血沉、结核菌素试验等综合分析上，然而，这些传统的诊断方法对结核病的发现率仅为32%。基因检测技术对结核分枝杆菌的应用尚处于发展阶段，缺乏高敏感和特异的检测靶标。此外，结核分枝杆菌的基因型及表型极其复杂和多变，已发现的致病基因和已用于检测的基因不能应对疾病早期诊断的新要求。因此，迫切需要高通量筛选结核分枝杆菌诊断靶标，为建立敏感、特异、快速检测技术奠定分子基础，，实现结核病的早预防、早发现、早治疗。 本文先对吉林省地区的结核病进行分子流行病学调查，然后以结核分枝杆菌全基因组数据为基础，利用信号传导网络的动态模拟，调控中枢节点分子的高通量注释及信号传导蛋白耦联等手段实现结核分枝杆菌必需基因簇及诊断靶标谱的高通量筛选，为结核分枝杆菌的早期诊断提供分子基础，最后通过吉林省地区的结核分枝杆菌临床菌株进行验证。 本论文具体研究内容如下： 1、通过VNTR的17个位点(MIRU12个位点和ETR5个位点)对吉林省21株结核分枝杆菌临床株进行了基因分型。5个ETR-VNTR位点仅将菌株分为6个基因型，HGDI为0.7381；12个MIRU-MIRU位点及12个MIRU位点与5个ETR位点结合后都将菌株分为8个基因型，HGDI均为0.8619。通过VNTR位点等位基因多样性(h)分析结果，发现了MIRU26、40、10、27、31、39这6个在吉林省地区分型效果比较好的位点。在本次研究的21个菌株中，有11株为北京株，占全部菌株的52%，说明吉林省地区北京型基因型流行严重；通过12个MIRU位点绘制进化树且结合社会调查表，发现可能有3株外来菌株感染。 2、本研究以结核分枝杆菌全基因组数据为基础，利用其信号传导网络的动态模拟，筛选到857个可能的必需基因；然后通过对其信号通路数量及基因功能的注释分析，以及文献计量法的验证，发现55个尚未证实的但极有可能是必需基因的基因；最后对文献计量法验证的696个基因及55个pathway富集法筛选的基因(共751个必需基因)，通过操纵子高通量筛选数据库DOOR及信息通路代谢网络数据库KEGG对结核分枝杆菌的必需基因簇及相关信号传导网络进行注释，以及必需基因上相应功能域的预测和必需基因功能的分类；同时对结核分枝杆菌其他4个标准菌株的必需基因进行预测，建成了结核分枝杆菌必需基因数据库，最终建立了结核分枝杆菌诊断靶标簇系统平台，为研发新型抗结核药物及新诊断方法提供理论基础。 3、PCR是一种简便、快速、灵敏、特异的基因诊断技术，可以应用于结核病的诊断，但由于其诊断靶点的特异性及稳定性不强易导致出现假阳性、假阴性，因此限制了其广泛应用。如果诊断靶点是必需基因，而必需基因保守性极高，一般不会发生变化，因此诊断靶点的稳定性可以极大提高；同时我们需要筛选出只在结核分枝杆菌中存在，而在其他微生物中不存在的基因，这样的基因作为诊断靶标其特异性是非常敏锐的。本研究在结核分枝杆菌必需基因诊断靶标簇系统平台的基础上，通过结核分枝杆菌的泛基因高通量扫描、文献计量法筛除重复基因及侧翼序列的稳定性检测，筛选出Rv1513、Rv1974和Rv3738作为结核病的潜在的诊断靶标。我们通过结核分枝杆菌临床株对这3个基因进行了验证，同时把早期与结核病症状相似疾病的哮喘、肺炎和肺癌也进行比较。最终我们选取这3基因个作为结核病的新的潜在诊断靶标。
【关键词】：结核分枝杆菌 可变数目串联重复序列 必需基因簇 文献计量法 信息通路富集法 诊断靶标
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：R181.3
【目录】：

• 中文摘要4-8
• Abstract8-18
• 第一章 绪论18-57
• 1 结核病的危害及现状18-28
• 2 结核病的分子流行病学的研究进展28-37
• 3 必需基因的研究进展37-43
• 4 结核分枝杆菌诊断方法的研究进展43-52
• 5 生物信息学在微生物领域的应用52-57
• 第二章 基于可变数目串联重复序列的结核病分子流行病学调查57-88
• 1 实验菌株58-59
• 2 实验仪器和试剂59-61
• 3 实验方法61-66
• 4 实验结果66-80
• 5 讨论80-88
• 第三章 基于 pathway 偶联的结核分枝杆菌必需基因簇的高通量筛选及数据库的建立88-122
• 1 数据下载及网络资源90-91
• 2 实验方法91-94
• 3 实验结果94-110
• 4 讨论110-122
• 第四章 结核分枝杆菌诊断靶标簇的泛基因组扫描及临床验证122-138
• 1 实验菌种123
• 2 实验试剂和器材123-126
• 3 实验方法126-130
• 4 实验结果130-134
• 5 讨论134-138
• 第五章 结论138-140
• 参考文献140-176
• 附表176-182
• 作者简介182
• 在学期间发表的科研论文182-184
• 致谢184-185

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

1 丁志鑫;车南颖;张旭霞;崔喜艳;李传友;;结核分枝杆菌差异区基因功能研究及其应用进展[J];临床肺科杂志;2012年03期

2 曹廷明;贾红彦;杜凤娇;刘洋;刘忠泉;马s

本文编号：1092423