“89K基因组岛”横向转移方式及其机理研究

"89K基因组岛"是我国科学家从我国新现传染病 2－型猪链球菌（导致98年江苏江和05年四川资阳大流行）病菌株中发现的一个新的基因组岛。基因组岛通常是通过横向基因转移而获得的。但横向基因转移机制复杂，可因细菌不同和转移的遗传物质不同而异。"89K基因组岛"是通过什么方式和机制实现其横向转移的尚不清楚。因此本项目聚焦于：①"89K基因组岛"是否可天然切离的实验证实；②"89K基因组岛"是否可通过"结合"途径横向转移的实验证实；③IV型分泌系统rel基因敲除及其对"89K基因组岛"横向转移的影响；④ rel克隆表达、纯化和活性鉴定。以此阐明"89K基因组岛"横向转移的方式与机制。揭示我国出现2-型猪链球菌病这一高致病性新现传染病的原因，为今后有效防控手段的研究奠定理论基础。同时，也为认识微生物多样性形成机理、细菌致病性及耐药性转移及其机制提供新的实验证据。

毒力岛是基因组岛的一个亚类，它是构成一类新近认识的整合性接合元件的重要组成部分，在细菌快速适应环境和毒力进化等方面发挥着重要作用。89K是本课题组前期在研究我国高致病性2型猪链球菌(Streptococcus suis serotype 2, S. suis 2/SS2)时所发现的第一个SS2毒力岛，为引起我国1998年和2005年两次SS2疫情爆发的流行毒株所特有。然而，89K毒力岛的进化机制以及它在高致病性SS2流行病学的作用还不清楚。为了深入了解89K毒力岛获得、维持和流行的分子基础，本文对该毒力岛潜在的移动性以及可能的转移机制进行了细致的研究。 通过研究我们发现，89K毒力岛可以从SS2宿主基因组中自发地切离下来，切离后的89K分子首尾相连形成一个染色体外的环形产物。该过程是通过89K自身编码的整合酶作用实现的，它介导了89K毒力岛两侧15-bp的正向重复序列之间位点特异的整合。此外，89K的有效切离环化还需要切离酶的参与，其编码基因紧邻整合酶编码基因的上游。进一步发现，89K环形切离产物可以作为底物形式从SS2供体菌中横向转移至不含89K毒力岛的SS2菌株，进而重新整合到靶位点——50S核糖体蛋白L7/L12编码基因3’端位点处。89K的转移机制是通过自身编码的一套基因组岛型IV型分泌系统所介导的，转移频率约为10-6/供体菌。这是迄今为止第一个在革兰阳性菌中发现的通过基因组岛型IV型分泌系统介导转移的毒力岛。 基于我们以上的实验结果，我们提出了一个关于89K毒力岛转移机制的模型。本研究为深入阐明89K毒力岛的遗传学行为提供了新的视角，我们推测89K切离、环化和转移这些遗传学行为在流行性SS2的出现、致病性以及持续性中发挥着重要作用，对今后研究其他革兰阳性菌也具有指导和借鉴意义。.在本课题的资助下，发表SCI论著2篇，中文统计源期刊论文3篇，2011年获中华医学科技奖一等奖和中华预防医学会科学技术奖一等奖各1项。