利用细菌array-CGH芯片比较牙龈卟啉单胞菌不同菌株的基因组差异

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目的:  1.牙龈卟啉单胞菌(Porphyromonas gingivalis, P.gingivalis)被认为是牙周炎最重要的可疑致病菌之一。多项研究证实,P.gingivalis不同菌株间存在一定的异质性,使毒力特性存在差异。而鉴定病原菌的毒力株和毒力基因是研究微生物致病机制的重要手段。微阵列比较基因组杂交( array comparative genomic hybridization, array-CGH)技术具有高分辨率、高通量等优点,不仅可以检测基因组DNA拷贝数的差异,还能精确定位异常片段,便于筛选出毒力致病基因。本研究旨在构建 P.gingivalis全基因组规模的array-CGH芯片平台,快速分析不同菌株间基因组的差异,为将来在分子水平上分析 P.gingivalis致病性差异的原因,寻找P. gingivalis致病性相关基因奠定基础。  2.从不同牙周状况人群的龈下菌斑中分离出 P.gingivalis,并进行培养和鉴定。为今后利用array-CGH平台,检测不同毒力临床菌株间基因组的差异,从分子水平上阐述牙周炎的发病机制奠定基础。  方法:  1.综合美国国立生物技术信息中心( National Center For Biotechnology Information, NCBI)上公布的12株P.gingivalis菌的基因组序列信息,设计探针序列,定制芯片。提取P.gingivalis高毒力株W83和低毒力株ATCC33277的基因组DNA,先用同一株菌的DNA进行自身杂交,以排除所构建array-CGH平台的技术噪音,然后利用array-CGH技术检测该两株菌差异DNA片段,并筛选出部分差异基因,运用PCR验证芯片结果的准确性。  2.选择牙周健康者的健康位点,牙周炎患者的炎症位点和健康位点,记录探诊出血指数(Bleeding on Probing, BOP),牙周探诊深度(Probing Depth, PD),临床附着丧失(Clinical Attachment Loss, CAL)及牙齿松动度(Tooth Movement, TM)。刮取龈下菌斑,稀释后接种于牛脑心浸出液培养(Barin Heart Infusion, BHI)培养基上培养,经分离、传代、增菌、16s rRNA PCR鉴定后收集菌体,提取DNA备用。  1.成功定制包含12株P.gingivalis全基因组序列分析后设计的芯片,低毒力株P.gingivalis ATCC33277自身DNA杂交没有检出大于2倍的差异点,说明其技术噪音很低,芯片质量合格。  2.不同毒力P.gingivalis菌的芯片杂交,不同于自身杂交中均一的黄色信号,呈现出红绿混杂的荧光信号,提示两株细菌存在多个差异基因。  3.使用R语言v3.1.1的limma软件包提取芯片上每条探针的信息,经两菌株之间的比较分析,检出了多个基因拷贝数的不同。其中,P.gingivalis W83的部分特异片段参与编码毒力致病因子,ATCC33277部分特有片段的编码蛋白可增强细菌表明粘附性,使其具有高粘附力。  4.经基本局部比对搜索工具(Basic local aligment search tool,BLAST)同源比对后,得到12个差异基因,进行PCR验证,证实与芯片结果一致。  5.在牙周炎患者的龈下菌斑中成功分离得到10株临床分离株,并进行16s rRNA PCR验证,送测序证实却为P.gingivalis。该10株菌的芯片比较基因组杂交分析将由后续的研究继续完成。  结论:  1. array-CGH技术在快速检测P.gingivalis基因组DNA拷贝数的差异,定位异常片段中有明显的优势,可用于筛选毒力致病基因。  2.本研究成功构建了利用 array-CGH技术检测牙龈卟啉单胞菌不同毒力株基因差异的平台,为在分子水平上分析P.gingivalis致病差异的原因奠定基础。  3.已熟练掌握 P.gingivalis的分离鉴定方法,并成功分离培养出10株P.gingivalis临床菌株,为后续进行比较基因组杂交分析奠定基础。
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