霍乱区域性流行中的霍乱弧菌基因组变异和时空进化规律研究

Seven cholera pandemics have occurred since 1817. It is one of the important epidemic forms that cholera is introduced and spreads in one area. In-depth analysis of cholera isolates in endemic areas can reflect variations of pandemic strains, and have a high value to finely analyze choleraic spread and prevalence in local area, explain the disseminated characteristics and raise the prevention and control strategies. Previous large-scale epidemics in China have spread to Shandong Province, in which dominant cholera bacteria type have continuously converted with different age and different region. Genomic analysis of cholera epidemic isolates in several decades can more accurately understand the evolution and trends of epidemic strains. At present study we will use a variety of genotyping methods to illustrate genotype changes of cholera strains in Shandong province since 1976. And phenotypic changes will be combined to comprehensively analyze spatiotemporal variation. According to genotype analysis of large number of strains, we will select representative strains in different areas for whole-genome sequencing and comparative genomics study. Then the genomic characteristics and variability characteristics will be analyzed, genomic characteristic sequence in defferent epidemic period will be established. Finally we will analyze the introduction of the cholera epidemic in local areas and the genomic trends of the diffusion process, which may provide subtle genomic data to reveal the pandemic and the local diffusion characteristics and predict epidemic trends of cholera.

霍乱已引起七次世界大流行，在一个地区被传入并扩散是其重要的流行形式之一。深入分析流行地区的霍乱分离株，可折射所处大流行的菌株变异，更对细致分析霍乱在局部地区的传播流行、解释霍乱播散特征及提出防控策略有很高价值。我国历次大范围流行均波及山东省，其不同年代、地区的霍乱优势菌型不断转换。对数十年霍乱流行中分离株的基因组分析能更准确理解流行菌株的进化及趋势。本研究拟用脉冲场凝胶电泳等多种基因分型方法，分析1976年至今山东省霍乱菌株的基因型变迁，结合表型变化综合分析其在时间和区域的流行特征和变异规律。在大量菌株基因分型基础上，选取不同年代和菌型特征的代表株进行全基因组测序及比较基因组学研究，分析不同流行年代菌株的基因组特征和变异特点，建立不同流行期基因组特征序列，分析我国霍乱流行中在局部地区的引入、扩散过程中的基因组趋势，为揭示大流行与局部扩散特征、预测霍乱流行变异趋势提供更精细的基因组分析依据。

目前我国霍乱呈现持续波动的流行态势，山东省处于我国南北方交界并居于东部沿海，历次大范围流行中均受波及，本课题利用脉冲场凝胶电泳、多位点序列分型及多毒力位点序列分型技术，分析1975年至今山东省霍乱菌株的基因型变迁规律。1975年以来霍乱弧菌的血清型经历了小川型-稻叶型-小川型-稻叶型-O139群的变迁，分子分型分析表明霍乱菌株按不同年代及血清型聚集，霍乱菌株小川型与稻叶型之间的转换来自于本土菌株的进化，而O139血清群的出现可能由国外传入。. 在分子分型基础上，选取不同年代和菌型特征的9株代表株进行全基因组测序及比较基因组学分析。群体进化分析表明1983年的典型EL Tor菌株与标准株N16961亲缘关系最近，而EL Tor变异株与2010年海地变异株聚集在一个分支，O139群菌株与MO10亲缘关系较近。SXT元件与复方新诺明等的耐药性相关，SXT元件分析表明只有1997年后的3株菌基因组内含有这个元件。扩大菌株数量用PCR方法检测SXT元件的携带情况，证实1997年后菌株才获得SXT元件，推测其可能是O139霍乱弧菌耐药性增强的原因之一。9个基因组CTX元件不断变异，主要毒力基因ctxB也不断发生变化。扩大菌株数量检测ctxB基因序列，发现90年代后出现的O1菌株均为El Tor变异株，El Tor变异株已经代替了80年代的El Tor原型株。而O139菌ctxB基因型与90年代前的El Tor原型株相同，并未发生改变。1997年后出现的O139菌株主要引起散发病例，但是耐药性明显增强。O139菌ctxB基因一旦发生变异，获得古典型菌的强感染力，则可能会引起新的流行高峰。