百日咳鲍特氏菌基因组多态性与微进化的研究

Pertussis (whooping cough) is an infantile acute respiratory infectious disease caused by the bacterium Bordetella pertussis. In China, pertussis still remains endemic and local outbreaks were reported despite the high vaccination coverage since 1990s. Little is known for molecular characterization of Chinese B. pertussis isolates. In order to strengthen the infectious disease prevention and control and ability of pathogen traceability, we should understand genomic variation and epidemic trend of B. pertussis isolates in China. In this study, a Chinese B. pertussis major circulating isolate will be performed for whole-genome sequencing and comparative genomic analysis will be done. Single nucleotide polymorphisms (SNP) in the whole-genome level are investigated. Furthermore, genomic polymorphisms of B.pertussis isolates from different periods in the past sixty years are also analyzed using two international universal DNA-based typing methods. Database of genomic polymorphisms of Chinese B. pertussis circulating isolates will be established. Insight into microevolution mechanism of major epidemic strains in China. Based the above results, we will investigate the relationship between toxicity and microevolution of pathogenic bacterial genome. These data will facilitate us molecular monitoring of pertussis, tracing the pathogen, and developing new vaccine in China.

百日咳是由百日咳鲍特氏菌(简称百日咳杆菌)引起的一种婴幼儿急性呼吸道传染病。尽管我国自上世纪90年代以来百日咳疫苗接种覆盖率一直维持在较高水平，但每年仍有不少百日咳病例的报道，局部地区甚至出现爆发流行，给人民健康造成严重威胁。目前，国内对百日咳杆菌的分子特征研究较少，为了加强我国传染病防控和病原溯源的能力，亟需了解我国百日咳流行菌株的基因组变异特点和分子流行趋势。本研究拟通过对中国百日咳主要流行菌株的全基因组序列测定和比较基因组学分析，从全基因组水平探讨我国百日咳分离菌株基因组SNP多态性，结合两种国际通用DNA分型方法对过去六十多年不同时期分离菌株的基因组多态性进行分析，建立中国百日咳杆菌基因组多态性数据库，阐明我国百日咳杆菌主要流行菌株的微进化特征，并以此探讨致病菌基因组进化与毒力的关系，从而为我国百日咳分子流行病监测、致病菌的溯源和新疫苗研制等工作奠定基础。

百日咳是由百日咳鲍特氏菌(简称百日咳杆菌)引起的一种婴幼儿急性呼吸道传染病。尽管我国自上世纪90 年代以来百日咳疫苗接种覆盖率一直维持在较高水平，但每年仍有不少百日咳病例的报道，局部地区甚至出现爆发流行，给人民健康造成严重威胁。由于目前国内对百日咳杆菌的分子特征研究较少，为了加强我国传染病防控和病原溯源的能力，本研究首先应用多位点可变数量串联重复序列分析（MLVA）方法，并结合百日咳粘附素（Prn）、支气管定居因子（tcfA）和百日咳毒素基因上游启动子区域（ptxP）等位基因序列分析方法对我国过去50多年分离的115株百日咳杆菌进行多态性分析。结果显示，与Prn2基因型相似，含有ptxP3菌株最早出现2000年；与其他发达国家不同，当前菌株主要含有ptxP1-Prn1-tcfA2基因型，提示中国菌株的独特性。MLVA分析将百日咳菌株和3株疫苗株分成了46个不同的MLVA型，其中发现13种新的MLVA型菌株；在中国不同时期流行着以不同MLVA型为主的菌株；主要流行MLVA型为MLVA-294、95和33型。当前主要流行菌株BP284全基因组重测序分析结果显示，中国当前流行菌株基因组中并没有获得新的基因，可能以积累SNP的改变在细菌适应性进化过程中起重要作用。此外，结合我们前期工作已完成疫苗株CS菌株、BP284菌株的全基因组测序工作基础，分析在不同疫苗接种历史国家的不同时期分离的40株流行菌株（来自中国：29株和来自芬兰：11株）以及已发表的荷兰菌株全基因组序列信息，在这些菌株基因组非重复区域中共筛选出705个SNP，并以祖先菌支气管炎鲍特氏菌作为参考，构建系统发育树，不同菌株分析结果与其脉冲场凝胶电泳图谱分析相似，建议这些SNP也可用于菌株分子分型分析。进化分析结果显示，在过去50多年，芬兰与荷兰分离的百日咳菌株分子进化速率高于中国；而免疫接种后分离的百日咳菌株分子进化速率也要高于那些在免疫接种前分离菌株，这些研究结果进一步表明细菌分子进化与疫苗免疫接种覆盖率密切相关，为疫苗接种促使细菌分子进化的假说提供了有力的支持，同时也为我国百日咳分子流行病监测、致病菌溯源和新疫苗研制等工作提供科学的指导意义。