不同动物源性致病性钩端螺旋体遗传变异规律和致病差异的分子机制研究

The clinical manifestations and disease courses in human are quite different between the leptospira isolated from different hosts. This project focus on these pathogenic leptospira isolated from several major animal hosts (mouse, dog and pig). The two key scientific issues of the project, the evolutionary pattern of genetic variation and molecular mechanism of differences in pathogenicity between pathogenic Leptospira from different animal host, are the center of whole procedure. It is the first time that epidemiological information including identification, collection, epidemic patterns and ecological distribution of Epidemic Leptospira strains, genome sequence variation, differences in animal host and pathogenicity were all integrated into our study. Multiscale technical approaches such as whole genome resequencing, comparative genomics and proteomics, molecular biology and animal models are utilized to create the high-throughput integrating platform for charactering the different animal-associated specific genomes and surface-exposed proteomes of pathogenic leptospira. Furthermore, according to the phylogenetic profiles of different animal-associated specific SNPs and IS repeat sequences between pathogenic leptospira, we try to depict the dynamic variations and phylogenetic evolution of pathogenic leptospira, origin of strains and host-strain co-evolution at a genomic level. At the same time, we try to identify key pathogenic factors of different animal-associated pathogenic leptospira leading to differences in pathogenicity, in order to clarify the specific interaction and molecular pathogenesis between pathogenic leptospira and human as well as impact on differences in pathogenicity.

不同宿主来源的钩端螺旋体引起人类疾病的临床表现和病理变化各有不同，但其分子基础和影响机制尚不清楚。本项目以几种主要的动物宿主（鼠、犬和猪）来源的致病性钩端螺旋体为研究对象，以钩端螺旋体进化变异规律和跨种间致病差异的分子机制这两个关键科学问题为核心，从病原菌分离鉴定、流行规律、生态分布和基因组序列变异等研究内容入手，在课题组已经完成的多株鼠源性钩端螺旋体基因测序和功能研究的基础上，通过全基因组重测序、比较基因组学和蛋白质组学、分子生物学和动物模型等技术手段，建立不同动物宿主的钩端螺旋体特异性基因组和表面暴露蛋白质组分析和整合研究体系。根据不同宿主的钩端螺旋体特异性SNP和IS重复序列系统谱描绘钩端螺旋体基因组进化与种系发生、进化起源以及菌株与宿主协同进化之间的相互关系；解析不同宿主来源钩端螺旋体的致病差异的分子基础；阐明致病性钩体与不同宿主相互作用的分子机制及其对致病性的影响。

对102株致病钩端螺旋体菌株进行全基因组学测序以及全面的比较基因组研究。致病性钩体基因组大小介于3.88至4.77 MB之间。进化分析表明钩体具有高度遗传多样性，多个进化机制包括基因所得，基因损失，和/或重组事件共同促进了钩体基因组可塑性，最终促进钩体适应了不同环境。一些重要毒力相关蛋白家族的显著扩张，反映这些蛋白质家族在钩体的致病中的重要性。基于四对菌株进行实验室和动物宿主适应进化分析发现，大多数突变基因（64.28％，72/112）都受阳性选择，表明细菌适应宿主过程中阳性选择压力发挥了重要作用。此研究结果表明，基因获得及丢失和/或重组事件在塑造致病钩体菌种的基因组可塑性方面发挥至关重要作用。.进一步对来源于中国5个不同地域的120株黄疸出血群流行株开展更深入的分子流行病学研究。MLST分型结果揭示了一共有17个不同ST型，主要包括69个ST1 菌株，18个ST17 菌株，9个ST143菌株和2个ST209菌株，另外12株属于12个不同的ST型。eBUST聚类分析发现主要的三个clonal complexes （CC）： CC1、CC17和CC143，其中最大的CC1包含88个菌株（88/120），包含三个ST型（ST1、ST98和ST128）；其次是CC17（17/120），包含ST17型和CC143(11/120)等。通过与公共数据库中世界上其他地区116株钩端螺旋体黄疸出血群菌株比较发现，与中国黄疸出血群优势CC1群和ST1基因型不同的是，CC17群和ST17型是世界上黄疸出血群最主要的流行优势群和基因型。.对钩端螺旋体犬型JDL03株和七日热型JDL10株以及赖型56601株进行表面暴露蛋白质组比较分析，一共鉴定到了81个core蛋白，61个dispensable 蛋白和122个unique蛋白。验证了10个高度保守的表面暴露蛋白，包括两个已知的交叉反应抗原（LipL32 和 LA_3469）以及两个新发现的抗原（LA_0136和 LA_0505）。.在钩体与宿主相互作用方面，我们发现巨噬细胞可通过SR‐A 识别并吞噬钩体、参与固有免疫和调节炎症反应。