临床分离马红球菌基因组的结构及比较基因组学分析

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目的:  1.通过对一株分离自丽水市中心医院收治病人血液标本的马红球菌wy菌株进行鉴定和耐药性等表型检测,为临床感染性疾病的诊断和抗感染治疗提供实验依据,指导临床合理用药。  2.利用二代和三代基因组测序,结合生物信息学分析,了解马红球菌属wy的基因组的一般特性,为进一步研究马红球菌表型的遗传背景打下基础。  3.通过比较基因组分析,了解红球菌属不同菌种菌株间基因组差异,阐明不同菌株之间可能存在的水平转移现象,研究红球菌属细菌基因组的多样性及其进化。  方法:  1.运用微量肉汤稀释法测定马红球菌的耐药性。万古霉素采用CLSI的M10048的金黄色葡萄球菌的标准;亚胺培南、复方新诺明、头孢吡肟、头孢噻肟、环丙沙星、阿米卡星、左氧氟沙星采用CLSI的M24-A2的奴卡菌和其他需氧放线菌的肉汤稀释标准;庆大霉素采用CLSI兽医药物敏感性测试小组委员会制定的马特殊的革兰阴性菌的解释标准;青霉素、红霉素、四环素、利福平采用很多兽医诊断实验室的金黄色葡萄球菌的解释标准解释。  2.利用二代大规模基因组测序(HiSeq2000)测定马红球菌wy的基因组,得到马红球菌基因组的框架序列,再利用三代测序(BioPacific)读长进行框架序列的定位和补洞,最后得到完整的马红球菌wy的基因组。  3.利用生物信息学软件和NCBI等有关核酸和蛋白质序列数据库,对马红球菌wy基因组进行注释,得到马红球菌wy基因组的基本结构特征。  4.通过比较基因组学分析马红球菌和红球菌属细菌的基因组特点,利用单核苷酸多态性来重建物种的系统发生,了解红球菌属中各菌种的进化历程。  5.通过比较基因组学分析方法,研究马红球菌wy基因组的结构,分析其基因组的基因岛及其独特基因,以及可能发生的基因水平转移现象。  结果:  1.马红球菌对青霉素耐药;对四环素中度敏感;对头孢噻肟、头孢吡肟、亚胺培南、庆大霉素、阿米卡星、环丙沙星、左氧氟沙星、红霉素、复方新诺明、万古霉素、利福平等药物敏感。  2.马红球菌wy染色体为一个5,131,642bp的环状DNA分子,GC含量为68.76%,共编码4781个开放阅读框(open reading frames,ORFs),含有5个rRNA基因操纵子和63个tRNA基因;质粒基因组大小为82 kb,编码84个基因(coding sequence, CDS)。  3.红球菌属中细菌基因大小差异明显,最大为9.77MB(R.wratislaviensis),最小为3.89MB(R.corynebacterioides),但它们呈现出一致的共线性关系,具有一致的骨架结构。  4.分析马红球菌的基因组的基因岛序列发现,它含有三个独特区域U1、U2、U3,赋予马红球菌抗生素耐药性;含有由iupA,iupB,iupC三个基因组成的iupABC操纵子,编码类似于铁载体摄取系统的ABC运输系统,使得R.equi利用亚铁血红素和血红蛋白作为铁资源。  结论:  1.红球菌属细菌基因组大小相差悬殊,基因组大小的多样性可能是由大量的基因获取或者丢失造成的。  2.马红球菌菌株之间的基因组大小比较接近,基因组编码的基因也比较保守,基因组的多样性主要通过基因水平转移引起。  3.马红球菌环境适应基因(The adaptation genes)包括毒力因子、抗性基因、TCS、转运蛋白,来源于最近的共同祖先(MRCA),是马红球菌核心基因的一部分,并且可能在环境适应中发挥作用。
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