基于生物信息学的金葡菌sRNA耐药调控机制研究

Staphylococcus aureus is one of the major pathogens causing food poisoning and nosocomial infection, which is easy to produce resistance. Methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA), hepatitis B and AIDS were known as the three major infections. The MRSA has not been effectively controlled, which needs to explain its drug resistance regulatory mechanism from a new perspective. Bacterial small regulatory RNA has emerged as a pervasive regulator of diverse cellular processes. In this study, we will construct an sRNA-drug resistance prediction model of Staphylococcus aureus by using bioinformatics methods such as machine learning and statistical method such as hypergeometric distribution based on the sRNA-drug resistance data. Then we will systematic predict the sRNA - resistance regulation and carry out experimental verification. By exploring the sRNA-based Staphylococcus aureus drug resistance regulatory mechanism, we achieve the early screening, early warning and monitoring of Staphylococcus aureus resistance eventually. The project is a frontier study of multidisciplinary intersections such as bioinformatics, molecular biology, and food safety and a very valuable attempt to further explain the regulatory mechanism of Staphylococcus aureus drug resistance mechanism by the new perspective of sRNA. It has a wide application prospect in the drug-resistant Staphylococcus aureus food safety risk assessment and monitoring, foreign import resistance Staphylococcus aureus port quarantine, prevention and control of Staphylococcus aureus hospital infection and other fields.

金黄色葡萄球菌是引起食物中毒和医院感染的主要病原菌之一，极易产生耐药性，耐甲氧西林金葡菌（MRSA）与乙型肝炎、艾滋病被称为三大感染顽疾，一直未得到有效控制，亟待从新的角度阐释其耐药调控机制。细菌小调控RNA(sRNA)是参与多种生物学过程的调控元件，本研究拟利用金葡菌sRNA及耐药相关数据，采用机器学习等生物信息学方法和超几何分布等统计学方法，构建金葡菌sRNA-耐药调控预测模型，系统预测sRNA-耐药调控的相关性，并进行实验验证，探索基于sRNA的金葡菌耐药调控机制，实现金葡菌耐药的早期甄别、预警与监测。该项目是生物信息学、分子生物学、食品安全等多学科交叉的前沿性研究，是从sRNA的全新角度进一步阐释金葡菌耐药调控机制的有益尝试，在耐药性金葡菌食品安全风险评估与监控、境外输入性耐药金葡菌口岸检疫及预防金葡菌医院感染等领域具有广阔的应用前景。

金黄色葡萄球菌是引起食物中毒和医院感染的主要病原菌之一，它能够引起人体皮肤、皮下软组织、深部组织的化脓性感染，严重的导致肺炎、败血症甚至死亡。1961 年 Jevons 等人发现了首例耐 甲 氧 西 林 金 黄 色 葡 萄 球 菌 (Methicillin-Resistant Staphylococcus Aureus, MRSA)。MRSA被称作超级细菌，与乙型肝炎、艾滋病一起被称为当今世界三大感染顽疾,由于一直未得到有效控制，亟待从新的角度阐释其耐药调控机制。细菌小调控RNA(sRNA)是参与多种生物学过程的调控元件，例如新陈代谢、群体感应、和生物膜形成等。近年来,对sRNA 在细菌耐药过程中发挥的作用研究成为热点。.本研究利用通过文献阅读收集到的金葡菌sRNA、预测靶标及耐药基因的相关数据，采用机器学习、序列对比分析软件等生物信息学方法和超几何分布等统计学方法，首先构建构建金葡菌 sRNA、预测靶标基因以及耐药基因的相关数据集，尝试开发金葡菌sRNA-耐药调控预测模型，并通过DNAMAN数据库对系统预测sRNA-耐药调控的相关性，并进行实验验证，最终得出sRNA预测靶标与耐药基因之间的占比，说明具有一定的相关性,能够探索基于sRNA的金葡菌耐药调控机制，实现金葡菌耐药的早期甄别、预警与监测。.通过机器学习方法中的SVM以及PLS预测回归模型对sRNA预测靶标与耐药基因之间的联系进行尝试探索，随后又采用Clustalx多重序列对比软件与DNAMAN数据库进行同源基因序列的相关性探索，得到每一类预测靶标的与最具有相关性的耐药基因的占比百分数信息，从得到的数据中显示，每个sRNA预测靶标与一个或者多个耐药基因具有一定相关性，能够说明sRNA预测靶标与耐药基因之间在基因上存在一定的联系。.该项目是生物信息学、分子生物学、食品安全等多学科交叉的前沿性研究，是从sRNA的全新角度进一步阐释金葡菌耐药调控机制的有益尝试，在耐药性金葡菌食品安全风险评估与监控、境外输入性耐药金葡菌口岸检疫及预防金葡菌医院感染等领域具有广阔的应用前景。