牛种布鲁菌噬菌体抗性菌株的基因组特征及其抗性机制研究

Brucellosis is a worldwide most important zoonotic disease caused by the genus Brucella. Although controlled in many industrialized countries, the disease remains endemic to many parts of the world, especially in China. Over the last decade, a number of Brucella genomes have been fully sequenced. Full analysis of these genome sequences will provide an ongoing catalyst to examine fundamental issues such as evolution, host specificity and variable pathogenicity with the genus. At nature environment, Brucella interacted with brucellaphages by evolving a number of defense systems or counter-defense mechanism. While the evolution relationship between Brucella and phages, as well as the functional mechanism, still remains to be uncovered. In this study, we wanted to screen phage resistance related gene by deeply research of the genome information between phage-resistant strain of Brucella abortus (8416 strain) with genomes of other sequenced Brucella abortus, Brucella melitensis and brucellaphages in NCBI. Then genome sequencing of other 4 phage-resistant vatiant of Brucella abortus will verify the marks which inherited stably phage resistance in genomes of phage-resistant Brucella aborus. Meanwhile, the dynamic phage lysis process will be observed in Brucella by transmission electron microscopy. These research work will provide scientific basis for finding genome characteristics and clarify the molecular mechanism in Brucella phage-resistant strains.

布鲁菌属细菌所致的布病是国内外最重要的人畜共患病之一，近年来全球范围布病疫情呈反弹趋势，我国尤甚。随着大量布鲁菌基因组测序的完成，为了解布鲁菌的进化、宿主偏好性及致病性等提供了可能。在天然环境中，布鲁菌与噬菌体相互作用,最终得到了共进化,而双方的这种进化关系与发生机制尚未得到清楚阐明。 本研究中，我们在完成牛种布鲁菌噬菌体抗性株（8416株）全基因组测序的基础上，首先将其序列与NCBI中羊种（噬菌体抗性菌）、牛种（噬菌体非抗性菌）及布鲁菌噬菌体基因组进行生物信息学比对，筛选噬菌体抗性相关基因；其次，通过对已分离到的4株噬菌体抗性牛种布鲁菌进行基因组测序，验证能够稳定遗传的噬菌体抗性标志在布鲁菌基因组中的存在；并通过透视电镜观察噬菌体抗性/非抗性布鲁菌与噬菌体相互作用的动态过程，为阐明噬菌体抗性布鲁菌的基因组特征及抗性发生的分子机制提供科学依据。

布鲁菌属细菌所致的布病作为重要的人畜共患病，不仅导致当地严重的经济损失还在世界范围内威胁着人群的健康。随着大量布鲁菌基因组测序的完成，为了解布鲁菌的进化、宿主偏好性及致病性等提供了可能。在自然环境中，布鲁菌与噬菌体相互作用，最终得到了共进化，而二者的这种进化关系与发生机制尚未得到清楚阐明。. 牛种光滑型布鲁菌是引起牛布病发生的主要病原菌, 噬菌体裂解实验是鉴定光滑型牛种布鲁菌（smooth phage-sensitive，SPS）的主要方法之一。我们对一株分离自人体的牛种光滑型布鲁菌（Bab8416），在表型和生化分型鉴定的基础上，发现其对Tb噬菌体具有抗性，对其进行了基因组测序，通过Next-Generation测序技术，完成了该菌的全基因组图谱及分析，并将其与噬菌体敏感性牛种布鲁菌进行了比较基因组学分析。传统的生化分型以及多位点串联重复序列（VNTR）结果显示，该菌在细菌学分型和系统发生方面存在不同之处。此外，其II号染色体上存在重排，导致c-di-GMP 合成的中断。在牛种布鲁菌的噬菌体敏感株和抗性株之间存在的基因缺失，显示两种菌在进化分枝上位于较远的分枝点上。同时，Bab8416具有多个特异性的点突变，其中大多数特征在牛种布鲁菌ST2中已被证实。而Bab8416具有较少的保守SNPs，SNPs和多个Bab8416特异性c-di-GMP变形性蛋白在其它牛种布鲁菌菌株中未出现，这些蛋白可能在噬菌体分型中发挥了作用。其次，通过透视电镜观察噬菌体与布鲁菌的相互作用，为阐明布鲁菌的噬菌体抗性发生机制提供直接依据。. 通过本研究工作的开展，对布鲁菌Bab8416的生物学特性和基因组特征进行了深入分析，为阐明布鲁菌的抗性机制提供了基础。