中国结核分枝杆菌系统流行病学研究

Tuberculosis is still one of seriously publish health problems in china. The study utilized the concept of "system epidemiology", that means extended TB epidemiology based on system biology approaches. The content was composed of four parts. 1) The ten Chinese representative Mycobacterium tuberculosis (including Beijing/W lineage) was implemented genomic sequences and achieved their phylogenetic resolution. 2) It was analyzed evolutionary characteristics of T, B cell and MHC binding (ⅠandⅡ）epitopes and explored the effect human immunity on M.TB by immune epitope database and analysis resource. 3) Base on above results, we would screen a set of SNP, which was suitable to genotype Chinese M.TB, and further use them to evaluate the phylogeographical population structure of M.TB and describe the Chinese M.TB spatio-temporal epidemic.4) We also would analyze the reason that Beijing/W lineage M.TB dominate in local area by the function alteration of PknA gene. In a word, the result of this study would provide some data for the Chinese prevention and control of TB.

在中国结核病仍然为严重的公共卫生问题之一。本研究围绕系统流行病学的概念，以系统生物学为基石，发展结核流行病学。具体包括四部分内容：1）对有中国代表性的10株结核分枝杆菌（Mycobacterium tuberculosis M.TB）(含北京/W谱系)进行全基因组序列分析，分析其系统进化特征；2）通过免疫表位数据库（IEDB），分析中国M.TB的T, B细胞抗原表位和MHC（Ⅰ和Ⅱ）结合表位的系统进化特征，探讨人免疫反应对M.TB的影响。3）在此基础上筛选出适合中国M.TB的一套SNP位点；利用这套SNP位点评价中国M.TB发育-地理的群结构特征以及从时间和空间描述其流行特征。4）通过分析PknA基因功能的变化，初步探讨北京/W及其亚谱系M.TB的适应性。总之该工作的研究结果必将为我国结核病的预防和控制提供更为科学的依据。

1.鉴定78个谱系/亚谱系的SNP（位点）方法的建立。通过对2372个结核菌全基因组序列分析（Genbank数据库免费下载），极大似然法构建系统进化树，筛选出能够鉴定78个谱系/亚谱系的285个SNP位点。该套SNP分类靶标为研究中国M.TB的发育-地理的群结构特征奠定基础（目前专利正在审理中）。.2.从系统进化的角度初步描述了中国M.TB时间、空间流行特征：1）采用VNTR分析北方五省流行的212株北京谱系M.TB，估算出其最近共祖年代（the time of most recent common ancestor (TMRCA)）时间为 5073(95%CI 4000-6200)；2）采用LSP分析413株四川盆地流行的M.TB，发现欧美谱系的流行程度为42.8%(181/413)，进入该地区可能源于720 年前的一次历史事件；3）采用LSPs和MLSA分析187株新疆和甘肃流行的M.TB，发现在新疆除北京谱系(42.1%; 56/133)、欧美谱系(33.1%; 44/133)外，还存在东非-印度谱系(24.8%; 33/133)；而且北京谱系的流行于病人咯血和发热密切相关（p<0.05）；4）采用LSP分析中国耐药性基线调查的3929株M.TB，提示在中国，北京谱系M.TB（lineage 2 ）在东、北部流行程度高；南、西部地区，欧美谱系M.TB(lineage 4) 流程程度较高；东非-印度谱系M.TB(lineage 3)在新疆、西藏地区出现；而在福建和广东发现了环印度洋谱系M.TB(lineage 1) ；5）采用LSP和VNTR-15基因分型方法和PCA和population structure软件对中国耐药性基线调查的3929株M.TB的群体遗传分析提示，在中国，北京谱系M.TB（lineage 2 ）的传播与人口流动密切相关（数据正在处理中）。上述的结果为我国结核病预防控制策略的制定提供科学依据。.3. M.TB适应性研究的结果：1）围绕分枝杆菌噬菌体SWU1 gp39的生物学研究提示，SWU1 gp39蛋白通过改变细胞壁的通透性，对各种药物和外界环境压力更敏感。该结果为结核菌休眠机制的研究提供平台；2）通过比较不同谱系M.TB的全基因组水平上的差异，鉴定出北京谱系强烈分化的，与休眠密切相关的基因，例如：Rv1720c。