中国黄疸出血群钩端螺旋体克隆群结构特征及与流行关系研究

Serogroup Icterohaemorrhagiae is the predominant serogroup of leptospirosis in China and worldwide. However, very little in detail is known about the molecular mechanism. In order to explore the molecular mechanism of population structure, genetic variation and pathogenicity in different epidemic clonal complexes, Serogroup Icterohaemorrhagiae epidemic strains from geographically diverse regions in China collected over a 60 year period (1958~2016), are characterized by 16S rRNA sequencing, MLVA and MLST analysis. In addition, multiscale technical approaches such as whole genome resequencing, comparative genomic analysis and molecular biology are utilized in the whole genome sequences completed in our lab before. Furthermore, according to the phylogenetic profiles of specific SNP between pathogenic Leptopira, we try to depict the dynamic genetic variation and phylogenetic evolution. In addition, we try to identify the key pathogenic factors and molecular pathogenesis mechanism of different epidemic clonal complexes in Serogroup Icterohaemorrhagiae epidemic strains. This may be useful to develop a strategy and/or guidelines for exploring the phylogenetic analysis and possible outbreak of Serogroup Icterohaemorrhagiae epidemic strains.

黄疸出血群钩端螺旋体是中国及世界钩端螺旋体病流行的优势致病血清群。其传播地域分布广泛，流行时间长远，宿主动物种类繁多，但其作为优势流行血清群的分子基础和影响机制尚不清楚。本研究拟以优势血清群黄疸出血群菌株为研究对象，以致病性钩体遗传进化变异规律和致病差异分子机制两个关键问题为核心，结合目前国际上常用的16SrRNA基因种鉴定、MLVA、MLST分型结果，了解我国50年代以来黄疸出血群菌株的种群结构，并在本课题组已完成的多株黄疸出血群钩端螺旋体基因测序和功能研究基础上，通过全基因组重测序、比较基因组学和分子生物学技术，利用特异性SNP构建黄疸出血群菌株进化与种系发生树；解析不同流行克隆群菌株致病差异分子基础。通过比较不同流行克隆群黄疸出血群菌株的进化规律、致病机制，为进一步研究黄疸出血群钩端螺旋体流行进化规律和流行潜势提供良好基础。

黄疸出血群钩端螺旋体是中国及世界钩端螺旋体病流行的优势致病血清群。本研究以黄疸出血群钩端螺旋体菌株为研究对象，利用16SrRNA基因种鉴定、MLVA、MLST分型方法和基因组测序进行研究，建立了中国黄疸出血群钩端螺旋体遗传多态性数据库。对379株中国和8株世界黄疸出血群菌株基因种鉴定显示，除2株世界菌株为L. kirschneri，379株中国菌株和6株世界菌株均为L. interrogans。MLST分型显示，395株中国黄疸出血群菌株隶属于9个不同ST型别，优势克隆群CCs（clonal complexes）为CC1和CC17，CC1包括ST1、ST98和ST128三种型别，CC17包括ST17和ST99两种型别。MLVA分型显示，341株黄疸出血群菌株分为10个基因群和94个基因型。MLVA、MLST聚类分析显示基因型与地理分布有一定的相关性。对本科室已完成测序的106株黄疸出血群菌株以及NCBI下载的62株菌株，进行MLST分型、全基因组SNP、Core-Pan genome和Dispensable gene比较分析，绘制系统进化树。结果显示：168株黄疸出血群菌株隶属于20个ST型。全基因组SNP及Core genome、Dispensable gene系统进化树均将168株黄疸出血群菌株分为13个clade，Pan genome heatmap将168株黄疸出血群菌株分为14个clade。该四个系统进化树的种群结构与MLST型别相关性较好，两个优势克隆群分别对应于CC1和CC17，其他11株中国和世界菌株隶属于散在分布的非优势克隆群，并且全基因组SNP型别与地理分布有一定的相关性。本研究初步了解了中国黄疸出血群钩端螺旋体的种群结构和进化规律，其多态性明显不同于世界黄疸出血群菌株。本研究为进一步开展黄疸出血群钩端螺旋体病流行潜势探索提供了良好基础。