钩体基因组探究进展.pdfVIP

钩体基因组研究进展 郭晓奎 (上海交通太擘医擘院病原生物学教研室上海200025) 摘要通过对钩端螺旋体基因组的研究，识别了钩端螺旋体全部基因组的4700多个基因， 初步揭示了钩端螺旋体在代谢、进化和致病等方面的特殊性，验证了一些以钩端螺旋体为代 表的进化地位古老的细菌的特有代谢途径；初步识别了一批可能与侵袭，黏附、运动、趋化， 毒性等致病因素相关的基因。结合蛋白质组和比较基因组学等平台技术展开功能基因组研究 鉴定了30多个致病相关基因和30多个潜在的、可发展疫苗的新靶点。 螺旋体作为一种在进化和分类上均比较独特的微生物，人们对其代谢、生理、遗传及进 化的了解都非常有限。与这苍白密螺旋体和伯氏疏螺旋体相比较，钩体基因组较大，且能够 在环境中独立生存，因此，对钩体基因组的研究更具有重要的科学意义。由致病性钩体引起 的钩体病是一种全球性自然疫源性疾病，我国是受钩体病危害最为严重的国家，虽然经过医 务和科学工作者多年不懈的努力，在流行病学、临床治疗和预防方面取得了国际公认的成就． 疾病得到有效的控制；但是，至今对其病机理致的认识十分粗浅，且无简便的诊断手段和高 效安全的疫苗．钩体病依然是一种潜在的危害严重的传染病。近年来，该病的发生在国外有 所上升，其中甚至包括发达国家的一些地区，引起了包括美国在内的各国科学家的重视。自 1999年始。包括中国、巴西、法国和美国等的许多科学家纷纷开始钩体基因组研究。近五 年来，启动基因组DNA测序项目3个：第一个是以中国科学家为主的问号钩体黄胆出血群 赖型赖株的基因组DNA测序，已于2002年10月完成；第二个是以巴西科学家为主的问号 钩体黄胆出血群赖型赖株的基因组DNA测序，已于2003年10月完成：第三个是以法国科 学家为主的双曲钩体基因组DNA测序，已接近完成。基因组DNA序列的发布促进了钩体 基因组学的快速发展。 一、 钩体基因组特征 钩体包含大小两个染色体，全长4．33Mb，GC％含量为36％，预测含有4768个基因． 其中4360个基因位于大染色体，367个基因位于小染色体。通过基因组测序发现钩体编码 要原因之一。识别了与钩体生长发育、代谢和调控以及信号转导等重要生命活动有关的基因， 尤其发现了一系列钩体特有的代谢途径。钩体基园组的研究，进一步证实了钩体在进化上是 一个比较特殊、古老的微生物。在基因组水平上与已完成测序的多种微生物进行分子进化 的研究，特别是与螺旋体科的Treponemapallidum和Borrelia burgdorferi进行比较研究，揭 示钩体基因组所编码的蛋白质具有更高比例具有真核蛋白质的结构特征。与其他能够培养的 细菌相比，钩体基因组所编码的蛋白质具有更高比例具有真核蛋白质的结构特征，初步提 示基因的水平转移可能是钩体获得致病性的原因；与其他细菌相比，钩体基因组所编码的基 因在排列顺序上更加分散。钩体基因组的研究，使我们对钩体病的致病机制有了崭新的认 识。利用生物信息学手段识别了一批可能与侵袭、黏附、运动、趋化、毒性等致病因素相关 的基因，发现若干个潜在的可能与破坏上皮细胞、干扰凝血平衡系统有关的基因，并提出了 钩体病的典型病理特征一肺大出血的分子机制模型。据库)以提供一定的功能信息。 表I与钩件致病和免疫相关的摹固 二、钩体功能基因组分析： A．与生理代谢相关的基因基因注释全面验证了以往对该菌的代谢生理和相关基因的 研究结果，验证其唯一利用脂肪酸好氧呼吸的基本能量代谢途径，及其不利用糖类物质并依 赖维生素B12的代谢特点。完成了对该菌的类似于真核生物的甲硫氨酸生物合成途径基因 的全面鉴定。基因注释也发现了一系列具有钩体特色的代谢途径。测序未鉴定出苏氦酸脱氨 酶的编码基因，但确认了3个／evA基因，实验确定了这些酶的底物特异性。LA2350编码专 编码的酶具有一些枸橼苹果酸盐合成酶活性，但主要的还是异丙基苹果酸盐台成酶(LeuA) 活性。通过对亮氨酸合成途径中各个酶的体外活力测定和体内功能互补，证实钩体利用了这 些酶将枸橼苹果酸盐转化为q酮基丁酸，并进～步转化为异亮氨酸。实验不仅验证了异亮氨 酸生物合成的丙酮酸途径(似亮氨酸途径1并鉴定与之相关的一系列基因而且证实亮氨酸和 异亮氨酸分别调控相关关键基因的表达。提出了一条新的糖异生回补途径。发现钩体