镇江地区博卡病毒分子流行病学及代表毒株比较基因组学研究

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目的:   儿童下呼吸道感染现在已成为儿科发病率最高的一种疾病,而90%以上的感染是由病毒引起。呼吸道病毒涉及7个病毒科的10多类共239个类别的病毒。2005年9月瑞典科学家Allander等,在呼吸道感染患儿鼻咽分泌物中发现的一种新的细小病毒—人博卡病毒(HumanBocavirus,HBoV)。此后,世界各地的研究证明博卡病毒不仅会引起小儿呼吸道感染,还会引发包括成人的病毒性肠胃炎疾病。目前世界各国对HBoV的研究主要集中于检测方法的建立和HBoV感染的流行病学调查。迄今为止,江苏地区尚未有博卡病毒感染及流行相关报导。本研究通过PCR检测镇江及周边地区呼吸道和胃肠道疾病患儿博卡病毒感染情况,并对获得的HBoV基因序列进行生物信息学分析,以对该地区HBoV分子流行病学做初步研究;在此基础上,本研究选择3株镇江地区HBoV代表毒株,对代表毒株的全基因组序列进行克隆测序,以此研究镇江地区HBoV毒株遗传特征,为该地区临床HBoV感染的诊断和治疗提供理论基础。   方法:   1.2010年1月至2011年12月,从镇江市第四人民医院检验科采集156份呼吸道疾病患儿鼻咽分泌液样品和310份急性胃肠炎患儿粪便样品,同时收集100份体检健康儿童粪便样品。提取病毒核酸,通过PCR方法检测样品中HBoV基因,对PCR扩增的590bp的阳性特异性条带进行T-A克隆后送上海生工生物公司进行基因测序获得HBoV基因序列片段。检索GenBank中相关HBoV基因序列,与本研究中获得的HBoV基因序列共同构建HBoV基因序列数据集以FASTA格式保存,通过CLUSTALW软件进行序列数据集进行多重序列联配,对生成的生成的*.ALN文件进一步用MEGA4.0软件进行序列同源性及系统发育分析。   2.在以上镇江地区HBoV分子流行病学研究基础上,选择该地区3株HBoV代表毒株并提取病毒核酸,GenBank中提交的HboV全基因组序列设计7对引物,对3株代表毒株进行全基因组PCR扩增、克隆测序及全基因组序列拼接,获得镇江地区HBoV代表毒株株全基因组序列;同时检索GenBank中所有具有全基因组序列的HBoV毒株,与本研究中获得的HBoV全基因组序列共同构建HBoV基因序列数据集以FASTA格式保存,通过CLUSTALW软件进行序列数据集进行多重序列联配,对生成的生成的*.ALN文件进一步用MEGA4.0软件进行序列同源性及系统发育分析;用Simplot2.0及RDP3.0等软件进行病毒基因重组可能性进行预测和分析。   结果:   1.PCR法检测结果表明156份鼻咽分泌物样品中有4份PCR扩增阳性,阳性率为2.56%;310份粪便样品有11份PCR扩增阳性,阳性率为3.55%;粪便样品阳性率大于鼻咽分泌物样品。100份体检健康儿童粪便样品有1份PCR扩增阳性,阳性率为1.0%。测序结果分析表明16个DNA序列均为HBoV基因序列,且均与GenBank中提交的HBoV-1基因型毒株高度同源,提示镇江地区流行的HBoV均为HBoV-1基因型。系统进化分析结果进一步证实16株毒株均属于HBoV-1,并聚类在3个主要类群中,提示镇江地区有三种不同的HBoV-1毒株同时流行。序列同源性分析显示该16毒株同源性为98.7%-99.6%,与分离自上海儿童的7株HBoV-1和重庆的3株HBoV-1同源性最高,均达到98%以上,从进化树上看,该26个毒株聚类在同一大类群之中。   2.在HBoV分子流行病学研究基础上选择毒株名为ZJ42、ZJ68及ZJ92的3株HBoV毒株为代表毒株进行全基因组PCR扩增;结果显示本研究设计的全基因组扩增引物均能扩增出HBoV特异性基因条带,且目的条带经克隆测序后为HboV基因序列。序列拼接结果显示HBoV-ZJ42全基因组序列共5301个核苷酸;毒株ZJ68和ZJ92具有相同的基因组长度为5300个核苷酸;以全基因组序列在GenBank中进行BLAST搜索,结果证实3株HBoV代表毒株均为HBoV-1基因型。基于全基因组序列的系统进化分析结果显示,本研究中的3株代表毒株聚类在三个不同的遗传类群中,其中ZJ92与来自我国香港的HBoV毒株HK24及上海的HBoV毒株SH8两株毒株遗传关系最近;ZJ42与来自泰国的毒株CU25紧密聚类在一起;而ZJ68与来自我国上海的R3080522001和SH1亲缘关系最近。基于HBoV全基因组序列进行病毒基因重组分析结果显示,包括本研究中代表毒株在内的HBoV-1和HBoV-4之间存在明显的基因重组信号,所有的HBoV-2毒株为该重组事件的重组毒株。该重组信号被进一步的序列同源性扫描和系统进化分析所证实。   结论:   1.本研究中鼻咽分泌物样品均采集自临床上具有呼吸道疾病的儿童病例,而粪便样品均采集自急性腹泻儿童,因此,根据研究结果可以推测,HBoV感染与临床儿童呼吸道疾病及急性腹泻有一定关联性。HBoV阳性率在不同地区有明显差异,这可能是世界范围内不同地域的气候、人群生活习惯及种族特征等不同因素所导致的。镇江地区仅发现HBoV-1在儿童群体中流行,证明HBoV-1为该地区博卡病毒主要流行基因型。系统进化分析结果表明镇江地区的毒株与重庆和上海的毒株有共同的分子起源。   2.本研究设计的HBoV全基因组扩增引物可以很好的扩增基因1型(HBoV-1)全基因组,可以给以后HBoV-1全基因组的扩增提供参考;镇江地区3株代表毒株全基因组测序表明该地区博卡病毒主要流行基因型是HBoV-1;镇江地区3株代表毒株可能有三种不同的遗传起源,也说明在同一地区,即使是同一种基因型的HBoV也有可能有2种以上不同的亚群同时在人群中流行。HBoV毒株之间的基因重组现象证明HBoV-2可能是HBoV-1和HBoV-4毒株之间重组产生的。
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