我国艰难梭菌主要流行株不同分子分型的微生态环境研究

The dramatic changes in the epidemiology of Clostridium difficile infection (CDI) during recent years, with increases in incidence and severity of disease in several countries, have made CDI a global public health challenge. 2014, it became the leading nosocomial infectious disease in the United States. However, the traditional study focused on toxin A and toxin B as well as the whole genome wide study can not explain its infection and diseased molecular mechanism from the strain itself, although thousands of Clostridium difficile genomes have been sequenced. The disruption of intestinal microbiota has been proven associated with CDAD. Metagenomic analysis method provides a new insight on this disruption, however, till now, limited by the source and the ability to obtain the strain, all this study only detect the dynamic changes of metagenomics, and do not consider the molecular character of the strain, i.e., the sequence type. Here, we aimed to “perform more accurate intestinal microbiota analysis based on different sequence types of C. difficle”. Integrated previous study on epidemic, genomic and bioinformatics analysis, and the molecular typing and metagenomis analysis, we try to illustrate more accurate map of the intestinal microbiota under different sequence types C. difficile infection, to investigated the relationship between genome sequences, sequence types, intestinal microbiota, and subsequent risk of Clostridium difficile-associated disease (CDAD) using high throughput sequencing technology. We believe that the study will extent our understanding of the mechanism of CDAD, and provide the support of theory and data for further analysis against to C. difficile colonization, while controlling for clinically relevant risk factors.

艰难梭菌是院内感染疾病负担排名第一的病原菌。近期关于其毒素分子功能学和基因组学研究表明，传统单一由病原出发的学说难以完全解释其致病和感染过程；而肠道的独特微生态环境扰动证明与CDAD形成有关。迄今为止，此类研究都在未获得菌株的前提下开展，无法研究艰难梭菌分子特征与所在肠道微生态环境相关性，亦未考虑到艰难梭菌不同型别的基因组差异。申请人提出“需要针对不同分子分型开展更为精细的肠道微生态研究”。本课题拟在已经完成的我国主要艰难梭菌流行株分子分型、基因组学以及生物信息学研究的基础上，结合分子分型的不同技术与高通量宏基因组学技术，研究我国主要流行株不同分子分型的肠道微生态环境特征，阐明不同分子分型艰难梭菌所在的微生态菌群、基因与代谢过程，深入探讨艰难梭菌本身的分子特征如基因组与微生态环境的关系，拓展人们对艰难梭菌致病机制的理解，为进一步的艰难梭菌防控与治疗提供理论与数据支撑。

艰难梭菌是临床面临的最重要的耐药菌之一，可以引起以肠道感染为主的一系列临床病症。当肠道环境遭到破坏，定植于肠道内的产毒型艰难梭菌将会大量繁殖并释放毒素。然而，艰难梭菌不同型别对于肠道菌群的影响仍然尚不明确。本研究同时利用基因组学、毒素实验和高通量测序技术开展了病原学和肠道菌群的研究。在病原学领域，本研究发现了首例027艰难梭菌的血液感染病例；利用基因组学溯源技术，开展了院内艰难梭菌感染的发现；研究了艰难梭菌A-B+的基因组学、毒素和耐药特征。在宏基因组学领域，由于艰难梭菌在临床肠道标本菌群检测中，无论是核酸检测还是后期的病原识别都存在困难，本研究为研究预期内容，自主建立了复杂样本中基因识别与定量的工具，为艰难梭菌以及其他耐药菌在复杂样本中的识别奠定了基础；建立了临床16S rDNA测序的标准流程，并在安贞医院、天坛医院等多中心开展耐药菌的宏基因组监测；建立了宏基因组学的耐药基因识别方案。在后期的功能学验证方面，本研究建立了在革兰氏阳性菌和阴性菌中可穿梭的质粒，可将关键代谢基因平行化应用于不同细菌开展后续功能学研究。本研究结果最终揭示了不同型别、毒素不同的艰难梭菌肠道菌群存在差异，同时表明了艰难梭菌与肠道菌群存在有密切关系。项目发表SCI论文4篇，培养研究生5名。同时，在项目推动下，本研究团队，还将继续提高其他临床耐药病原微生物的识别能力，以临床队列为基础，深入开展菌群和病原、感染三者关系的研究。研究团队获得了国家科技部重点研发计划政府间国际科技创新合作重点专项和北京市首都特色项目后续支持。在此项目的启发下，我们还开展了肠道中高产酒精肺炎克雷伯菌的研究，研究相关结果于2019年发表于《细胞代谢》。