2018-08-30
正文(wen)：
近期，派森諾(nuo)生物與(yu)(yu)上(shang)海市兒(er)童醫院合作，在《Infection and Drug Resistance》（影響(xiang)因子3.443）發表論文，通過對兒(er)童中(zhong)分離(li)獲(huo)得的25種多重耐藥性肺炎鏈球菌(jun)進(jin)行重測(ce)序分析，研(yan)究了基因變(bian)異與(yu)(yu)多重抗(kang)藥性肺炎鏈球菌(jun)之間的關系。
研究(jiu)背景：
肺炎鏈球(qiu)(qiu)菌(jun)能夠引(yin)起一(yi)(yi)系列嚴重(zhong)的(de)(de)(de)感染性(xing)疾病，在(zai)全世界(jie)范圍內(nei)，肺炎鏈球(qiu)(qiu)菌(jun)是引(yin)起每年(nian)582000至926000個(ge)幼兒死亡(wang)的(de)(de)(de)罪魁禍首(shou)。抗菌(jun)劑則是治療肺炎鏈球(qiu)(qiu)菌(jun)的(de)(de)(de)藥物。但道高一(yi)(yi)尺，魔(mo)高一(yi)(yi)丈，隨之出現了(le)多重(zhong)耐(nai)藥性(xing)（MDR）菌(jun)株，大大降低了(le)抗生素的(de)(de)(de)效力。
多(duo)重耐(nai)性(xing)肺炎(yan)鏈(lian)(lian)球(qiu)菌作(zuo)為可變菌株(zhu)(zhu)，其(qi)作(zuo)用機制(zhi)涉及多(duo)種抗(kang)生素(su)相關(guan)的(de)(de)(de)基(ji)(ji)因(yin)。如肺炎(yan)鏈(lian)(lian)球(qiu)菌對(dui)(dui)β-內酰胺類(lei)抗(kang)生素(su)的(de)(de)(de)耐(nai)藥(yao)(yao)性(xing)主要是由青霉(mei)素(su)結合(he)蛋白(bai)（PBPs、PBP1A、PB2X和PB2B）的(de)(de)(de)突變引起的(de)(de)(de)。但肺炎(yan)鏈(lian)(lian)球(qiu)菌復雜的(de)(de)(de)耐(nai)藥(yao)(yao)機制(zhi)仍(reng)需要進一步(bu)研(yan)究(jiu)。而測(ce)序(xu)技術，全(quan)基(ji)(ji)因(yin)組重測(ce)序(xu)（WGRS），在流行(xing)(xing)(xing)病(bing)學分(fen)析、耐(nai)藥(yao)(yao)性(xing)檢測(ce)和系統(tong)發育(yu)研(yan)究(jiu)中非常重要。它通(tong)過對(dui)(dui)基(ji)(ji)因(yin)組測(ce)序(xu)并與(yu)先前測(ce)序(xu)的(de)(de)(de)參考菌株(zhu)(zhu)基(ji)(ji)因(yin)組進行(xing)(xing)(xing)比較，識別(bie)兩個序(xu)列(lie)之間(jian)的(de)(de)(de)序(xu)列(lie)多(duo)態性(xing)，如單(dan)核苷酸(suan)多(duo)態性(xing)（SNP）、基(ji)(ji)因(yin)獲取、重組、丟失以及插入和缺(que)失（Indels）。本研(yan)究(jiu)對(dui)(dui)25株(zhu)(zhu)肺炎(yan)鏈(lian)(lian)球(qiu)菌進行(xing)(xing)(xing)WGRS分(fen)析，測(ce)定其(qi)SNP和Indels等遺傳多(duo)樣(yang)性(xing)。
研究目(mu)的(de)：
遺傳變異(yi)與(yu)耐藥性(xing)的關系
研究(jiu)方法：
測序技術(shu)：Illumina HiSeq 2000
實驗對(dui)象：25株(zhu)從兒童(tong)體內分離的肺(fei)炎鏈球菌，其(qi)中(zhong)21株(zhu)為(wei)一種(zhong)或多種(zhong)耐(nai)藥性(xing)菌株(zhu)，4株(zhu)為(wei)抗生素敏感性(xing)菌株(zhu)。
實驗設計：
對25株分(fen)離菌進行(xing)重測(ce)序，基于SNP進行(xing)進化樹重構以及主(zhu)成分(fen)分(fen)析(xi)，并比較敏感菌株和(he)抗(kang)菌耐藥菌株之間的Indels和(he)SNPs。
研究結果
1. 肺炎鏈球菌基因組分(fen)析
分(fen)(fen)離的(de)25株肺炎鏈球(qiu)菌的(de)序列的(de)大小(xiao)為(wei)2.1 Mbp，占基因組總估計大小(xiao)的(de)90%。總GC%含量為(wei)39.5%，基因組含有2200～2400個開(kai)放閱讀框(kuang)。在(zai)不同(tong)耐藥性(xing)的(de)分(fen)(fen)離株中存在(zai)相似(si)數(shu)量的(de)缺失（范圍131～171）。編(bian)碼區中非(fei)同(tong)義(yi)(yi)/同(tong)義(yi)(yi)突(tu)變的(de)SNP數(shu)目和非(fei)編(bian)碼區的(de)非(fei)同(tong)義(yi)(yi)/同(tong)義(yi)(yi)突(tu)變也(ye)均在(zai)16103～28128之間。
2. 肺炎鏈球菌分(fen)離株(zhu)基因組水平分(fen)析
從SNP進(jin)化樹圖以(yi)及PCA分(fen)析(xi)圖可(ke)以(yi)發(fa)現(xian)，攜帶(dai)不同抗生素抗性的(de)(de)分(fen)離(li)株(zhu)具(ju)(ju)有(you)相(xiang)似(si)的(de)(de)遺傳(chuan)背(bei)景。這(zhe)(zhe)一結果也符合表1中的(de)(de)不同分(fen)離(li)株(zhu)的(de)(de)血清型。其中14-LC.ER1025分(fen)離(li)菌表現(xian)出與(yu)其他分(fen)離(li)菌不同的(de)(de)遺傳(chuan)關(guan)系，可(ke)能是基(ji)因(yin)組變異的(de)(de)結果。接下來，依靠SwissProt數(shu)據庫，對這(zhe)(zhe)些特定(ding)區(qu)域(yu)的(de)(de)功(gong)能進(jin)行了注釋。發(fa)現(xian)它們位(wei)于(yu)與(yu)毒力、蛋白質(zhi)代謝和(he)抗菌性相(xiang)關(guan)的(de)(de)76個基(ji)因(yin)中。這(zhe)(zhe)表明(ming)這(zhe)(zhe)些序列具(ju)(ju)有(you)相(xiang)似(si)性，并且水平(ping)遺傳(chuan)轉移可(ke)能在它們的(de)(de)進(jin)化過程(cheng)中發(fa)生。
3. 遺傳(chuan)變異與耐(nai)藥性的關系(xi)
為了(le)(le)發現基(ji)因(yin)(yin)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)異與(yu)(yu)(yu)(yu)耐(nai)藥性(xing)(xing)的(de)(de)(de)潛在聯(lian)系，對敏感(gan)菌株和(he)(he)(he)(he)抗(kang)(kang)菌耐(nai)藥菌株之間的(de)(de)(de)Indels和(he)(he)(he)(he)SNP做了(le)(le)比較。其(qi)中(zhong)(zhong)(zhong)，與(yu)(yu)(yu)(yu)PEN、CXM和(he)(he)(he)(he)CRO b-內(nei)酰(xian)(xian)胺(an)(an)相(xiang)(xiang)關(guan)(guan)的(de)(de)(de)Indel數(shu)分別為77、237和(he)(he)(he)(he)139。此外，21個(ge)(ge)(ge)基(ji)因(yin)(yin)（例如，dpr、dagA、zmpB、dfr、axe1、dctA、pspC、sulA等）中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)27個(ge)(ge)(ge)突(tu)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)顯示(shi)(shi)出高的(de)(de)(de)突(tu)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)率(lv)，并與(yu)(yu)(yu)(yu)CXM抗(kang)(kang)性(xing)(xing)密(mi)切(qie)相(xiang)(xiang)關(guan)(guan)。同時，鑒定出465個(ge)(ge)(ge)可(ke)能與(yu)(yu)(yu)(yu)大(da)環內(nei)酯(zhi)和(he)(he)(he)(he)林可(ke)酰(xian)(xian)胺(an)(an)抗(kang)(kang)性(xing)(xing)有(you)關(guan)(guan)的(de)(de)(de)突(tu)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)，并且5個(ge)(ge)(ge)基(ji)因(yin)(yin)（lacE、ugd、pspC、pepB等）中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)16個(ge)(ge)(ge)突(tu)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)與(yu)(yu)(yu)(yu)該抗(kang)(kang)性(xing)(xing)有(you)關(guan)(guan)。SXT耐(nai)藥菌株有(you)253個(ge)(ge)(ge)突(tu)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)，其(qi)中(zhong)(zhong)(zhong)14個(ge)(ge)(ge)突(tu)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)與(yu)(yu)(yu)(yu)6個(ge)(ge)(ge)基(ji)因(yin)(yin)相(xiang)(xiang)關(guan)(guan)（dpr、pspC、dfr、dctA、sulA等）具有(you)較高的(de)(de)(de)突(tu)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)率(lv)。與(yu)(yu)(yu)(yu)PEN（3480）、CXM（7707）和(he)(he)(he)(he)CRO（5214）β-內(nei)酰(xian)(xian)胺(an)(an)抗(kang)(kang)性(xing)(xing)相(xiang)(xiang)關(guan)(guan)的(de)(de)(de)基(ji)因(yin)(yin)的(de)(de)(de)SNP數(shu)目(mu)分別為1524、1494和(he)(he)(he)(he)1189個(ge)(ge)(ge)。7個(ge)(ge)(ge)基(ji)因(yin)(yin)（Sula、GDHA、HOM、XPT、BGLA、ReGR等）中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)35個(ge)(ge)(ge)突(tu)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)明確顯示(shi)(shi)出高突(tu)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)率(lv)，這些與(yu)(yu)(yu)(yu)CXM抗(kang)(kang)性(xing)(xing)密(mi)切(qie)相(xiang)(xiang)關(guan)(guan)。此外，發現14380個(ge)(ge)(ge)突(tu)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)可(ke)能與(yu)(yu)(yu)(yu)大(da)環內(nei)酯(zhi)和(he)(he)(he)(he)林可(ke)酰(xian)(xian)胺(an)(an)抗(kang)(kang)性(xing)(xing)有(you)關(guan)(guan)，trkH和(he)(he)(he)(he)PTS-EII基(ji)因(yin)(yin)與(yu)(yu)(yu)(yu)該抗(kang)(kang)性(xing)(xing)機(ji)制(zhi)有(you)關(guan)(guan)。與(yu)(yu)(yu)(yu)SXT抗(kang)(kang)性(xing)(xing)相(xiang)(xiang)關(guan)(guan)的(de)(de)(de)突(tu)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)數(shu)為8012個(ge)(ge)(ge)，涉及1524個(ge)(ge)(ge)基(ji)因(yin)(yin)，其(qi)中(zhong)(zhong)(zhong)6個(ge)(ge)(ge)（ugd、dfr、sulB、dpr、dctA和(he)(he)(he)(he)pspC）與(yu)(yu)(yu)(yu)SXT抗(kang)(kang)性(xing)(xing)密(mi)切(qie)相(xiang)(xiang)關(guan)(guan)。
4. 發現與已知抗生素相關(guan)的基因(yin)
pbp2a、pbp2b、pbpX、murMN和(he)(he)ciaH基(ji)(ji)因(yin)的(de)(de)突(tu)變主(zhu)要與(yu)PEN抗(kang)(kang)性(xing)(xing)相關，而(er)pbp2a、pbp2b、pbp1b、murMN和(he)(he)ciaH基(ji)(ji)因(yin)的(de)(de)突(tu)變與(yu)CXM和(he)(he)CRO抗(kang)(kang)性(xing)(xing)有關。此(ci)外(wai)，發現大(da)(da)環(huan)內酯抗(kang)(kang)性(xing)(xing)菌株攜(xie)帶(dai)ermB和(he)(he)mefA基(ji)(ji)因(yin)，它們(men)分別編(bian)碼核糖體甲(jia)基(ji)(ji)化酶和(he)(he)藥(yao)物外(wai)排蛋白。大(da)(da)多數大(da)(da)環(huan)內酯類耐(nai)藥(yao)肺炎鏈(lian)球菌也對四環(huan)素耐(nai)藥(yao)，并攜(xie)帶(dai)tetM基(ji)(ji)因(yin)。我們(men)發現只有一個基(ji)(ji)因(yin)（rplD）的(de)(de)突(tu)變賦予大(da)(da)環(huan)內酯抗(kang)(kang)性(xing)(xing)，而(er)dfr和(he)(he)sulA基(ji)(ji)因(yin)的(de)(de)突(tu)變與(yu)SXT抗(kang)(kang)性(xing)(xing)密切(qie)相關。
總(zong)結(jie)：
對(dui)25株肺炎(yan)鏈球(qiu)菌(jun)(jun)(jun)的(de)分析表明，具(ju)有(you)相同抗生素耐(nai)藥性(xing)的(de)菌(jun)(jun)(jun)株具(ju)有(you)不同的(de)遺傳背景，反之亦(yi)然(ran)。即(ji)我(wo)們(men)觀察到的(de)遺傳變(bian)(bian)化(hua)可能不依賴于耐(nai)藥表型，選擇、突(tu)變(bian)(bian)和(he)重組的(de)復合效應可以迫使生物體走向細菌(jun)(jun)(jun)進(jin)化(hua)。水平獲取得(de)具(ju)有(you)耐(nai)藥性(xing)的(de)轉(zhuan)座子可自發的(de)促進(jin)生物體適應高耐(nai)藥性(xing)的(de)環境(jing)。這(zhe)些(xie)(xie)可移動元件有(you)助于肺炎(yan)鏈球(qiu)菌(jun)(jun)(jun)臨(lin)床上重要(yao)的(de)耐(nai)藥性(xing)轉(zhuan)移，另外，不同株肺炎(yan)鏈球(qiu)菌(jun)(jun)(jun)SNP和(he)indels的(de)突(tu)變(bian)(bian)頻率較高，這(zhe)些(xie)(xie)變(bian)(bian)化(hua)與一(yi)些(xie)(xie)抗生素耐(nai)藥基(ji)因相關，同時也還需(xu)要(yao)進(jin)一(yi)步(bu)研究(jiu)。
本研究的測序和數(shu)據分析(xi)工作由上海派(pai)森諾生物科技股份(fen)有限公司完(wan)成(cheng)。
文章索引:
Pan F, Zhang H, Dong X, et al. Comparative genomic analysis of multidrug-resistant Streptococcus pneumoniaeisolates[J]. Infection & Drug Resistance, 2018,11:659-670.
原(yuan)文鏈接(jie)：
