我国肺炎链球菌临床重要流行克隆的全基因组学研究

Streptococcus pneumoniae is an important pathogen in infants cause pneumonia, bacteremia, meningitis and other serious diseases. WHO estimates that about 160 million people die from pneumococcal infection worldwide annually . According to our previous study, multi-drug resistance serogroup 19 has become the most prevalent serotype, and we hypothesis that strains of serogroup 19 were superior to other strains in virulence, resistance and invasiveness. In this study, a total of 50 Streptococcus pneumoniae strains of different origins, serotypes and clonal complexes from last 20 years were studied with genome sequencing technology. In order to find the serotype determinant genes of Streptococcus pneumoniae, as well as genes for virulence and drug resistance. To identify the specific genes and regions of different clones of Streptococcus pneumoniae. To explore successful prevalent clone 19F-ST271 and 19A-ST320 survival advantage. To clarify whether there is a significant changes between the clones before and after the adoption of PCV7. To find the major role of serotype shift and antibiotic resistance in the spread of Streptococcus pneumoniae clones. This study will find out the basic discipline of Streptococcus pneumoniae micro- evolution in China.

肺炎链球菌是导致肺炎、菌血症、脑膜炎等疾病的重要致病菌。WHO估计全球每年约有160万人死于肺炎链球菌引起的感染。我们前期研究结果显示:近10年，多重耐药血清19群，已逐渐发展为我国最主要的流行血清型。由此我们提出“19群肺炎链球菌在遗传基础上较其他血清型菌株更具生存优势，具体表现为更强的毒力、耐药性和侵袭性”这一科学假设。本研究将从近20年我国多城市肺炎链球菌中挑选不同来源、血清型和克隆型的菌株50株，采用全基因组测序技术对入选菌株进行全基因组范围的研究。以确定肺炎链球菌流行克隆和非流行克隆的特异基因及差异区域；发掘决定肺炎链球菌血清型、毒力和耐药性的关键基因和位点；探索成功的流行克隆19F-ST271和19A-ST320的生存优势；比较疫苗上市前后流行克隆基因组的改变，勾画出肺炎链球菌基因微进化的概略图，阐明肺炎链球菌在我国的微进化的基本规律，为我国肺炎链球菌的预防和治疗提供理论依据。

背景：肺炎链球菌是引起肺炎、菌血症、脑膜炎等疾病的重要致病菌。前期研究显示多重耐药的血清型19群的肺炎链球菌已经成为近10年最重要的流行克隆。为探明“19群肺炎链球菌在遗传基础上较其他血清型菌株更具生存优势，具体表现为更强的毒力、耐药性和侵袭性”这一科学假说，通过全基因组测序技术从基因组层面和单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphism, SNP）的角度来探求其流行和传播的原因。.主要研究内容：选取我国不同时期分离的主要流行血清型的肺炎链球菌50株，提取这些菌株的基因组DNA，进行全基因组测序和SNP分析，从而绘制出不同菌株SNP的系统发生树，以明确不同临床重要克隆之间的亲缘关系。对研究菌株通过PCR验证了主要耐药基因和血清型决定基因以便得到更确证的结果。为了验证全基因组测序结果是否具有普遍性又对2011、2012、2013和2016年的肺炎链球菌进行了耐药性分析，血清分析和MLST分析，同时结合经济社会因素分析了肺炎链球菌血清型和耐药率在不同经济水平地区的分布规律，为以疫苗的大规模的应用和抗生素的合理使用提供理论依据。.结果：通过对研究菌株的SNP分析发现我国的肺炎链球菌主要以三个主要的克隆群体为主。这三个群体分别是19A-ST320、19F-ST271和19FST236。青霉素不敏感的肺炎链球菌（PNSP）主要集中在19F-ST271和19A-ST320克隆之中，在这些菌株的分布没有明显的年代和地区差异。结合经济社会因素分析后发现肺炎链球菌疫苗的覆盖率在经济发达地区低于其在经济落后地区的疫苗覆盖率，PNSP在经济发达地区的病例要高于在经济落后地区的比例。由此我们推断肺炎链球菌耐药克隆的传播扩散和肺炎链球菌疫苗在地区间使用强度的差异是我国肺炎链球菌流行克隆产生的主要原因。