基于Pan-genome技术探究问号钩端螺旋体不同血清型致病性差异的遗传基础

问号钩端螺旋体是最重要的致病性钩体，包括多种血清型，不同血清型菌株在致病性上差异较大。我们前期比较基因组学研究发现不同血清型问号钩体在基因组水平上存在多个高度可变区。这些血清型特异基因与不同血清型和毒力的形成有直接关系。但芯片检测方式的缺陷导致我们还不能阐明血清型特异基因与其致病性的关系，新一代高通量测序技术和细菌泛基因组学研究的开展为我们在分子水平系统研究不同血清型问号钩体导致致病性差异的遗传因素提供了契机。我们拟在已经完成的第一株致病性问号钩体赖株和即将完成5株不同血清型代表株全基因组序列分析基础上，完成我国问号钩体主要流行血清型代表株全基因组序列分析，开展问号钩体种群泛基因组学研究来探索问号钩体血清型特异致病性的决定因素。解析问号钩体种群遗传多样性，并明确导致不同血清型菌株致病性、血清型差异的遗传基础和对致病机制的影响。同时还将在核心基因簇差异基础上分析问号钩体致病进化规律

自从2003 年第一株钩体全基因组测序数据公布以来，对于钩体生理、代谢以及致病机制的研究和认识提供新的方法和视野。但是钩端螺旋体（钩体）及钩体病的研究进展还十分缓慢。.本项目基于对我国致病性钩体主要流行的15个血清群代表株的基因组测序研究， 初步探讨了钩体不同血清群泛基因组的组成， 并以核心基因组为基础进一步分析了这些血清群间的进化关系。另外，通过 454 焦磷酸测序，我们对中国流行的15个血清群血清型代表菌株进行了全基因组测序，并结合人工gap-closing和Sanger 测序完成了我国两株流行株七日热型56610和临海型56609株的完整全基因组序列，结合课题组已经完成全基因组测序的另一株钩体犬型 56603株以及国际上已公布的 6 株钩体（4 株强毒及 2 株腐生型钩体）完整全基因组测序数据进行比较时发现染色体上存在可能由可移动元件引起的基因组重排。56609 株基因组比其它三株大，除了含有 3 个特异的质粒外，染色体基因组中还存在大片段重复序列。同样56610也包含一个新发现的质粒。对这几株的 O 抗原基因簇分析表明，O 抗原区基因簇序列有较大差异，在相似性很高的 O 抗原区基因簇序列中间存在一段菌株特异性基因序列，可以作为区分不同血清型的依据。.15株中国流行血清群代表菌株序列比较共得到核心基因1878 个，其中 1851 个为直系同源基因。另外，问号钩体所共有的基因共 3012 个，约占问号钩体编码基因总数的70%左右，2979 个为直系同源基因；博氏钩体所共有的基因为 2451 个，约占博氏钩体编码基因总数的 60%，2432 个为直系同源基因。比较致病性钩体和腐生型钩体之间的差异可知，致病性钩体所共有的特异基因为 495 个，其中大染色体编码基因为 434 个，小染色体编码基因为 60 个，另有一个质粒相关基因。与毒力因子库 VFDB比较，筛选到 20 个核心毒力基因。其中 LA0876 编码选择σ因子SigE，该因子被证明与鼠伤寒沙门氏菌的毒性密切相关，同时参与结核分枝杆菌的应激反应及其在巨噬细胞内存活繁殖的能力。LA0971 编码 3-酮酰还原酶（FabG），其也被证实对化脓性链球菌的致病因子的合成起到至关重要的作用。详细研究这些核心毒力基因将进一步推动钩端螺旋体的致病因子及疫苗靶标的发展。