基于单核苷酸多态性位点的军团菌系统分类和嗜肺军团菌分型研究

Legionella spp. are ubiquitous bacteria present in enviromental water systems. Inhalation of Legionella spp. in aerosolized water droplets from contaminated water sources is known to cause a type of pneumonia called Legionnaires’ disease (LD). To date, 58 Legionella species have been characterized, and 25 species are known to cause human disease. Legionella pneumophila is responsible for most of human infections and serogroup 1 alone accounts for almost 85% of cases. Several subtyping techniques including Pulsed-field gel electrophoresis (PFGE), Amplified fragment length polymorphism (AFLP) and Sequence-based typing (SBT) have been used to identify and characterize L. pneumophila strains. While, there have been some defections in these subtyping techniques (eg. Cannot distinguish clinical strains and envirronmental strarins). Therefore, further research on Legionella molecular genetics and developping more advanced stematics methods is needed..Single nucleotide polymorphism (SNP) refers to a single nucleotide mutation and polymorphism in the genome. SNPs are widely distributed in many species including bacteria, and are associated with bacteria virulence and antimicrobial resistance. The vast quantity, widely distribution of SNPs in the gnome of bacteria make it suitable for bacteria subtyping, especially those bacteria with complex trait and virulence factors. In the present study, we will research on more advanced systematics taxonomy methods of Legionella and molecular subtyping method for Legionella pneumophila based on the single nucleotide polymorphism of Legionella core gnome genes and virulence genes and compare it with SBT and muti-locus sequence typing. Our project is of great importance to bacterial evolution, pathogenic, pathogenic mechanism and outbreak control.

军团菌属（Legionella）系一种水环境中广泛存在胞内寄生菌，目前已有58个种，其中有25个种对人体致病，以嗜肺军团菌为主。 在嗜肺军团菌里血清型1型菌株的感染站所有感染病例的85%。目前已有众多军团菌系统分类与分子分型研究报道：如脉冲场凝胶电泳，扩增长度片段多态性，序列分析等。但这些军团菌分型方法，对同种不同来源菌株无法区分，如无法将临床来源嗜肺军团菌菌株与环境水样中分离到的菌株进行区分。因此，对军团菌分子遗传与系统分类以及嗜肺军团菌分型的进一步研究很有必要。.单核苷酸多态性（SNP）是指基因组上单个核苷酸发生变异引起的多态性。SNP分布广泛，在细菌中也广泛存在，并与细菌致病性、耐药性相关。SNP 所独有数量多、分布广、易于基因分型的特点，决定了它更适合于其他分型方法无能为力的复杂性状，以及同种细菌毒力标记的遗传解剖及识别分析。因此，对军团菌SNP研究及建立相关数据库将有助于军团菌系统分类和嗜肺军团菌分子分型，并为军团菌病控制提供帮助。

军团菌属（Legionella）是水环境中广泛存在胞内寄生菌，目前已有60多个种，其中有25个种对人体致病，以嗜肺军团菌为主。目前已有众多军团菌系统分类与分子分型研究报道：如脉冲场凝胶电泳，扩增长度片段多态性，序列分析等。但这些军团菌分型方法，对同种不同来源菌株无法区分，如无法将临床来源嗜肺军团菌菌株与环境水样中分离到的菌株进行区分。因此对军团菌分子遗传与系统分类以及嗜肺军团菌分型的进一步研究很有必要。单核苷酸多态性（SNP）是指基因组上单个核苷酸发生变异引起的多态性。SNP在军团菌基因组中也广泛存在，并与细菌致病性、耐药性相关，这决定了它更适合于其他分型方法无能为力的复杂性状，及毒力标记的遗传解剖及识别分析。因此，对军团菌SNP研究及建立相关数据库将有助于军团菌系统分类和嗜肺军团菌分子分型，为军团菌病控制提供帮助。.在本项目中，我们还构建了军团菌属16SrRNA基因上SNP位点数据库，研究了与嗜肺军团菌种有关的特异SNP位点，建立了快速军团菌与嗜肺军团菌检测方法。我们还研究了嗜肺军团菌七个与SBT分型有关基因位点SNP数据，建立了相关数据库，寻找到与ST1型菌株有关的特异SNP位点，建立了高致病性嗜肺军团军ST1型菌株快速鉴定方法。这些方法为军团菌病暴发流行防控提供了有效工具。此外，我们利用核心基因组基因和毒力基因组基因SNP的差异，研究了不同来源嗜肺军团菌毒力基因与非毒力基因之间不同的分子遗传和进化特征，揭示了不同环境对嗜肺军团菌基因组的影响及基因重组对嗜肺军团菌进化贡献。针对目前SBT方法分辨率低以及不能将环境菌株与临床菌株进行区分的缺点，我们还研究了基于五基因的嗜肺军团菌序列分型方法，该方法显示了比传统的SBT分型方法更高的分辨率，且可以部分地将环境菌株与临床菌株进行区分。此外，我们还研究中国境内不同地理区域的自然水样来源嗜肺军团菌及毒力基因遗传多态性。该项目开展为军团菌病的快速诊断及暴发流行防控提供了帮助，并部分阐述嗜肺军团菌与不同环境之间相互作用。