结核分枝杆菌非编码RNA的系统发现和鉴定

来源 :北京市结核病胸部肿瘤研究所 | 被引量 : 2次 | 上传用户:qgz111
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结核病(Tuberculosis,TB)仍然是世界性的公共卫生学难题,其病原体是古老而进化很成功的结核分枝杆菌(Mycobacterium tuberculosis),简称结核杆菌。结核杆菌在感染宿主的过程中,为了适应宿主各种复杂的微环境,进化了能快速调节基因表达和转换不同生理状态来适应不利环境的特殊机制,这种调节机制在转录水平研究的较多,而转录后的调控机制研究却非常少。非编码RNA(non-coding RNAs,ncRNAs)在生物体的转录后调控中发挥了重要作用,它们是一类不翻译成蛋白质的RNA分子,广泛存在于各种生物中,几乎在所有生理和病理过程中发挥着重要的调控作用。细菌ncRNAs不仅可以帮助细菌应对复杂的环境变化,也可以调节一些毒力基因的表达,影响细菌对人类的致病性。因此研究结核杆菌的ncRNAs对于了解TB的致病机制具有十分重要的意义,而系统地发现和鉴定结核杆菌的ncRNAs分子,是开展所有后续研究的基础和前提。本课题采用最新的RNA测序(RNA-seq)方法,对构建的对数生长期结核杆菌标准株H37Rv四个不同长度的cDNA文库进行测序,结果发现结核杆菌中存在大量的ncRNAs。结合生物信息学分析,我们共鉴定出2837个候选的ncRNAs分子。其中位于反义链的有2269个,位于基因间区的有568个,候选分子的长度范围为16~428nt,多数ncRNAs集中在16~80nt的区域,尤其是16~30nt范围内的ncRNAs数量众多。通过Northern blot和RT-PCR及产物测序的实验方法,共验证了30个不同长度、不同表达量和不同定位的ncRNAs确实在结核杆菌中表达存在。其中包括14个基因间区ncRNAs和16个反义链ncRNAs。反义链ncRNAs相对链的编码基因,按照功能可以分为编码16S rRNA、信号通路蛋白、脂类代谢相关蛋白、细胞壁和细胞处理相关蛋白以及功能未知的假定蛋白。应用定量PCR的方法了解基因间区ncRNAs在结核杆菌不同生长时期的表达情况。结果显示,部分ncRNAs在不同生长时期表达较稳定,多数ncRNAs存在差异,并且显示在平台期表达明显升高。进一步对30个nRNAs进行保守性分析。结果发现30个序列在结核分枝杆菌复合群的3个菌种M. tuberculosis,M. africanum和M. bovis中全部可以找到。有13个ncRNAs在慢速生长分枝杆菌M. tuberculosis,M. africanum,M. bovis,M. marinum,M. ulcerans,M. avium和M. intracellular中高度保守,其中有7个ncRNAs还在快速生长菌M. abscessus和M. smegmatis中高度保守。保守性最高的5个ncRNAs(编号为0149,0130,0041,0205和0190)在麻风分枝杆菌、多种慢速生长分枝杆菌和多种快速生长分枝杆菌中均高度保守。本研究工作全面鉴定和分析了结核杆菌ncRNAs的存在、种类和特征,为下一步进行ncRNAs的功能研究、了解ncRNAs如何调控细菌的毒力、如何耐受宿主环境和药物、如何进入潜伏状态等奠定基础,也将为我们抗击结核病提供新的视角和线索。
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