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    中國農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院胡永飛教授團(tuán)隊(duì)在產(chǎn)氣莢膜梭菌基因組學(xué)分析和潛在治療策略研究中取得重要進(jìn)展

    放大字體  縮小字體 時(shí)間:2020-11-02 09:00 來源:中國農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院 原文:
    核心提示:近日,中國農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院胡永飛教授團(tuán)隊(duì)與中國獸醫(yī)藥品監(jiān)察所合作在歐洲微生物學(xué)會微生物基因組學(xué)專業(yè)期刊Microbial Genomics雜志(5IF=5.472)發(fā)表了題為“Phylogenetic and genomic analysis reveals high genomic openness and genetic diversity of Clostridium perfringens”的研究論文。
      近日,中國農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院胡永飛教授團(tuán)隊(duì)與中國獸醫(yī)藥品監(jiān)察所合作在歐洲微生物學(xué)會微生物基因組學(xué)專業(yè)期刊Microbial Genomics雜志(5IF=5.472)發(fā)表了題為“Phylogenetic and genomic analysis reveals high genomic openness and genetic diversity of Clostridium perfringens”的研究論文。本研究通過對產(chǎn)氣莢膜梭菌進(jìn)行比較基因組分析揭示了其基因組開放性和遺傳多樣性的原因。同時(shí),該研究也對產(chǎn)氣莢膜梭菌的起源、進(jìn)化,基因組特點(diǎn),毒力基因和耐藥基因譜等進(jìn)行了系統(tǒng)分析和深入挖掘。該研究是目前為止國際上對產(chǎn)氣莢膜梭菌最大規(guī)模的比較基因組分析。
     
      產(chǎn)氣莢膜梭菌是一種廣泛存在于自然環(huán)境、動(dòng)物和人體腸道中的革蘭氏陽性條件致病菌。該菌不僅能夠?qū)е氯祟悮庑詨木摇⑹澄镏卸?、腸胃疾病和肝腎損傷,而且可以導(dǎo)致畜禽壞疽性皮炎、腸毒素血癥和壞死性腸炎。據(jù)估計(jì),在家禽養(yǎng)殖業(yè),全球范圍內(nèi)每年僅因壞死性腸炎而導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)60億美元。深入揭示產(chǎn)氣莢膜梭菌的基因組學(xué)特征對于促進(jìn)人類健康和家禽產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。
     
      本研究對分離自1937年至2018年的代表性產(chǎn)氣莢膜梭菌基因組進(jìn)行了高通量測序,菌株來源于至少14種動(dòng)物宿主以及人體和環(huán)境樣本。結(jié)合目前全球已知的所有產(chǎn)氣莢膜梭菌基因組進(jìn)行比較分析發(fā)現(xiàn):(1)產(chǎn)氣莢膜梭菌可以劃分成5個(gè)譜系,其最早分化時(shí)間推測距今約80000年,起源于亞洲地區(qū);(2)研究首次提出微生物基因組的“開放性指數(shù)(openness index)”,并證明產(chǎn)氣莢膜梭菌基因組的開放程度很高,這種開放程度與其基因組的GC含量和16S rRNA基因的拷貝數(shù)量密切相關(guān)(圖1);(3)產(chǎn)氣莢膜梭菌普遍缺乏CRISPR系統(tǒng)使得噬菌體介導(dǎo)的水平基因轉(zhuǎn)移事件頻繁發(fā)生,特別是毒素基因的傳播;(4)與菌株分型相關(guān)的毒素基因的保守性確保了目前分型方法的準(zhǔn)確性并暗示毒素基因?qū)τ谄渖娴闹匾饬x;(5)產(chǎn)氣莢膜梭菌可能與鏈球菌和葡萄球菌之間頻繁交換耐藥基因;(6)雖然產(chǎn)氣莢膜梭菌攜帶的毒力因子的數(shù)量相對穩(wěn)定,但其耐藥基因的數(shù)量隨著時(shí)間的推移而不斷增加。
      圖1 產(chǎn)氣莢膜梭菌基因組的開放性。
     
      (a,b)核心基因組的比例和數(shù)量;(c)不同細(xì)菌的基因組開放性比較分析;(d)基因組開放性和GC含量和16S rRNA的拷貝數(shù)的相關(guān)性分析。
     
      該研究對產(chǎn)氣莢膜梭菌的基因組特征、遺傳多樣性、毒力及耐藥基因進(jìn)化等提供了新的見解。我校動(dòng)物科技學(xué)院胡永飛教授為論文通訊作者;動(dòng)物科技學(xué)院博士后封雨晴博士為論文第一作者,中國獸醫(yī)藥品檢查所的范學(xué)政研究員和朱良全研究員為論文的共同第一作者。該項(xiàng)工作得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2018YFD0500505)和中國農(nóng)業(yè)大學(xué)高層次引進(jìn)人才科研啟動(dòng)經(jīng)費(fèi)的資助。文章鏈接:https://www.microbiologyresearch.org/content/journal/mgen/10.1099/mgen.0.000441。
     
      為了解決產(chǎn)氣莢膜梭菌的耐藥性問題,并尋求新的家禽壞死性腸炎的預(yù)防和治療策略,研究團(tuán)隊(duì)開展了產(chǎn)氣莢膜梭菌噬菌體研究。從產(chǎn)氣莢膜梭菌噬菌體基因組中發(fā)現(xiàn)一個(gè)新的噬菌體裂解酶基因,與所有已知基因的同源性為79%。對該基因進(jìn)行了原核和真核表達(dá),發(fā)現(xiàn)其對不同產(chǎn)氣莢膜梭菌分離株具有良好的裂解活性(圖2)(專利號:202010298999.8)。通過對畢赤酵母表達(dá)系統(tǒng)的優(yōu)化及對酶分子的相應(yīng)改造,顯著提高了酶分子的活性和模擬條件下的體外抗性。目前實(shí)驗(yàn)室搖瓶發(fā)酵條件下,裂解酶產(chǎn)量近0.5 mg/mL,為該酶的后續(xù)應(yīng)用研究奠定了重要基礎(chǔ)。
      圖2 產(chǎn)氣莢膜梭菌噬菌體裂解酶的活性鑒定。
     
      畢赤酵母重組菌的發(fā)酵液上清(不同倍數(shù)稀釋)對ATCC標(biāo)準(zhǔn)菌株及其它四個(gè)不同宿主來源的分離株具有良好的裂解活性。
    日期:2020-11-02
     
     地區(qū): 中國 歐洲 國外
     行業(yè): 轉(zhuǎn)基因食品 食品檢測
     標(biāo)簽: 中國 醫(yī)藥 微生物 基因
     科普: 中國 醫(yī)藥 微生物 基因
     
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