【摘要】：傳染病肆虐人類的歷史不下數(shù)千年。近三十年來，全球范圍內(nèi)面臨著“新傳染病不斷出現(xiàn)，舊傳染病死灰復(fù)燃”的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，傳染病仍然是世界范圍內(nèi)引起人類死亡的首要原因，每年因傳染病死亡的人數(shù)超過1300萬。鼠疫和結(jié)核等老傳染病仍嚴(yán)重威脅著人類的健康，而在與人類斗爭過程中，致病菌也不斷進(jìn)化，已演化出諸如O157:H7大腸桿菌和多重耐藥結(jié)核桿菌等新基因型和耐藥的致病菌株。細(xì)菌長期的進(jìn)化過程中積累了大量突變，而使基因組呈現(xiàn)出及極其復(fù)雜的多樣性。在致病菌中，這種突變導(dǎo)致了新致病相關(guān)基因和耐藥基因的獲得，產(chǎn)生了新的致病和耐藥特性。細(xì)菌基因組多態(tài)性產(chǎn)生的遺傳機制一般認(rèn)為主要有以下幾種：以特定頻率產(chǎn)生點突變、基因組重排、基因獲得和缺失、重復(fù)序列等。致病菌獲得的這些遺傳變異使之與環(huán)境和宿主的斗爭中得以實現(xiàn)“適者生存”，因此掌握其遺傳變異規(guī)律，就會使得我們在與其斗爭中占據(jù)主動地位，能夠在新的致病性菌株出現(xiàn)之前進(jìn)行預(yù)警，提前做好防控，并根據(jù)其變異規(guī)律制訂有效的防治研究策略�；蚪M學(xué)研究的進(jìn)展為細(xì)菌微進(jìn)化研究奠定了良好基礎(chǔ)。截至到2014年3月，國際上已經(jīng)完成了23038株細(xì)菌基因組序列的測定，幾乎涵蓋了所有致病菌物種。大量基因組測序工作的完成，為比較基因組和基因組多態(tài)性研究提供了可能。在此基礎(chǔ)上，針對一些重要的致病性細(xì)菌建立基因組多態(tài)性數(shù)據(jù)庫，對其進(jìn)化研究、微生物法醫(yī)學(xué)溯源和分子流行病學(xué)分析有著重要作用。 本研究的目的在于：①收集并整合重要致病菌基因組多態(tài)性數(shù)據(jù)，建立數(shù)據(jù)庫，為傳染病防控和致病菌的微進(jìn)化研究提供數(shù)據(jù)支撐；②編制在線分析平臺，用于致病性細(xì)菌的分型和系統(tǒng)發(fā)育分析研究，以及疾病爆發(fā)時病原體的來源追蹤。重要致病性細(xì)菌基因組多態(tài)性數(shù)據(jù)的收集與整合 針對鼠疫耶爾森氏菌、布魯氏菌、大腸桿菌O157:H7、結(jié)核分枝桿菌、志賀氏菌、副溶血弧菌和沙門氏菌等八種重要致病性細(xì)菌物種，我們分別通過文獻(xiàn)檢索、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫挖掘和與合作實驗室數(shù)據(jù)共享等方式，收集其MLST（multilocussequence typing，多位點序列分型）、MLVA（multiple-locus VNTR analysis，多位點VNTR分析）、SNP（single nucleotide polymorphism，單核苷酸多態(tài)性）、DFR（different region，差異區(qū)段）、CRISPRs（clustered regularly interspaced shortpalindromic repeats，規(guī)律成簇的間隔短回文重復(fù)）及IS（insertion sequence，插入序列）共六類基因組多態(tài)性數(shù)據(jù)。 重要致病性細(xì)菌基因組多態(tài)性數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建及應(yīng)用 通過對重要致病性細(xì)菌基因組多態(tài)性數(shù)據(jù)的收集與整合，我們將相關(guān)數(shù)據(jù)分成三類：1)菌株背景信息，包括分離時間、分離地點、生化表型等；2)基因組多態(tài)性數(shù)據(jù)，包括各物種六類多態(tài)性位點（MLVA，SNP，DFR，MLST，CRISPR，IS）的基因組位置、上下游序列，以及在總計11123株分離株中的狀態(tài)等；3)全基因組序列及注釋信息，包含完成全基因組測序菌株的DNA序列和以基因為單位的注釋信息。為了使各部分?jǐn)?shù)據(jù)規(guī)范化、模塊化，我們編寫了若干Perl腳本對其進(jìn)行解析。之后按照關(guān)系性數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建步驟，設(shè)計了數(shù)據(jù)庫的ER（entity-relationship，實體關(guān)系）模型，選擇免費開源的DBMS（databasemanagement system，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)）MySQL作為后臺的管理系統(tǒng)并將這些數(shù)據(jù)實施入庫。 為了滿足對重要致病菌基因組多態(tài)性深入分析的需要，結(jié)合疾病防控、快速溯源和反生物恐怖工作的需求，在已構(gòu)建的基因組多態(tài)性數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，我們開發(fā)了基于web的分析平臺。平臺包含四個模塊：1）檢索模塊：在客戶端為普通用戶提供數(shù)據(jù)庫的檢索。用戶可以通過設(shè)定的關(guān)鍵詞搜索，也可以通過字段索引來瀏覽；2）分型模塊：用戶通過分子生物學(xué)實驗獲得病原菌分離株的某類基因組多態(tài)性數(shù)據(jù)后，可使用分型模塊提供的多態(tài)性數(shù)據(jù)比對功能，，獲得待比對菌株的基因分型結(jié)果；3）溯源模塊：利用數(shù)據(jù)庫中已有的基因組多態(tài)性數(shù)據(jù)，以及計算相似性指數(shù)和構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系等方法，用戶可以對引起疾病爆發(fā)的菌株進(jìn)行來源追蹤。4）序列比對模塊：用戶可將新獲得的菌株基因組序列與數(shù)據(jù)庫中對應(yīng)的致病菌參考序列（reference sequence）進(jìn)行相似性比對，快速獲得新菌株基因組的多樣性信息。結(jié)論與意義 本研究以鼠疫菌為模型，設(shè)計構(gòu)建了囊括八種重要致病性細(xì)菌基因組多態(tài)性信息的數(shù)據(jù)庫和在線數(shù)據(jù)分析平臺。數(shù)據(jù)庫囊括了我國常見的8種重要致病性細(xì)菌，共收錄11123株致病菌菌株的背景信息、6類基因組多態(tài)性數(shù)據(jù)、上萬個基因組多態(tài)性位點。遭遇傳染病流行或生物恐怖襲擊時，用戶登錄基因組多態(tài)性數(shù)據(jù)庫，以數(shù)據(jù)檢索的方式獲得已發(fā)表或者第三方數(shù)據(jù)庫已收錄的多態(tài)性數(shù)據(jù)，然后通過web平臺提供的數(shù)據(jù)比對和系統(tǒng)發(fā)育分析功能，即可實現(xiàn)基于現(xiàn)有數(shù)據(jù)的自動分型和來源追蹤。該平臺已經(jīng)成功應(yīng)用于2009年青海原發(fā)性肺鼠疫爆發(fā)的疫情調(diào)查，為判斷菌株的來源提供了可靠的證據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：中國人民解放軍軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TP311.13;R378

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 崔玉軍;宋亞軍;楊瑞馥;;鼠疫耶爾森氏菌的進(jìn)化研究:從系統(tǒng)發(fā)育學(xué)到系統(tǒng)發(fā)育基因組學(xué)[J];中國科學(xué):生命科學(xué);2013年01期

2 楊瑞馥;;致病性細(xì)菌微進(jìn)化的研究進(jìn)展[J];生命科學(xué);2009年04期

3 呂冰;高守一;萬康林;;結(jié)核分枝桿菌分子分型技術(shù)研究進(jìn)展[J];中國人獸共患病學(xué)報;2010年05期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 陳燕芬;布魯氏菌中國分離株遺傳多態(tài)性研究[D];吉林大學(xué);2012年

本文編號：2710287