非O157 产志贺毒素大肠埃希菌致病性差异的遗传机制研究

Shiga toxin-producing Escherichia coli (STEC) are an emerging group of foodborne pathogens. More than 200 non-O157 STEC serotypes have been associated with human illness, among which O157:H7 was considered to be the most popular and virulent serotype. Currently, there is growing concern over the emergence of various non-O157 STEC serotypes associated with human illness ranging from non-bloody diarrhea to hemorrhagic colitis (HC) and sometimes fatal hemolytic uremic syndrome (HUS) complications. However, the mechanisms by which these new pathogens arise and the reasons emerging serotypes tend to be more virulent than others are not understood. In this project, by genomic comparison among non-O157 STEC strains isolated from different resources in China and highly virulent isolates worldwide, we attempt to demonstrate the genotypic traits, phylogenetic relationship and transmission route of non-O157 STEC isolates in China; explore the genetic mechanisms of diverse STEC pathogenicity; and find the genetic markers to distinguish high pathogenic strains, thus contributing to prevent and control the emerging non-O157 STEC infections and outbreaks.

产志贺毒素大肠埃希菌（STEC）是一类重要的食源性病原菌。目前超过200种血清型可引起人类疾病，其中O157:H7被认为是流行最广致病力最强的血清型，但近年来非O157 STEC 引起的散发感染和暴发不断增多。非O157 STEC除可引起人出血性肠炎及溶血性尿毒综合征等严重疾病外，多数只引起腹泻等轻微症状。造成非O157 STEC这种致病性差异的机制目前尚不完全清楚。本项目拟比较分析我国不同非O157 STEC分离株之间及其与国际上代表性菌株在基因组水平上的差异，阐明我国非O157 STEC菌株的特征、进化关系及可能的传播方式；筛查与致病性相关的关键基因或可移动元件，通过功能验证，探讨非O157 STEC致病性差异的遗传机制。发展有效识别高致病性菌株的分子标识，对及时发现非O157 STEC高致病性菌株引起的散发感染或暴发，采取有效预防和控制措施具有重要意义。

产志贺毒素大肠埃希菌 (STEC) 是一类重要的食源性病原菌。超过200种血清型可引起人类疾病，其中O157:H7被认为是流行最广、致病力最强的血清型，但近年来非O157 STEC 引起的散发感染和暴发不断增多。非O157 STEC除可引起人出血性腹泻及溶血性尿毒综合征等严重疾病外，多数只引起腹泻等轻微症状。造成非O157 STEC这种致病性差异的机制目前尚不完全清楚。本项目旨在揭示我国非O157 STEC菌株的特征、进化关系及可能的传播方式，阐明造成不同血清型非O157 STEC致病性差异的分子遗传机制。本项目对我国不同宿主中非O157 STEC携带情况开展了系统调查，发现了两种志贺毒素新亚型Stx2h和Stx2k，其中Stx2h分离自我国高原旱獭粪便标本，目前国际上还未见有其他宿主携带该亚型的报道; Stx2k分离自我国不同宿主，包括腹泻患者。功能分析表明这两种新志贺毒素亚型呈现出较高的细胞毒性，具有对人的致病潜力。通过比较分析我国不同宿主中非O157 STEC分离株及与国际上高致病性临床STEC分离株在基因水平的差异，揭示了几个重要毒力因子的亚型与STEC致病性差异密切相关，如产志贺毒素编码基因stx2a, stx2c亚型，紧密粘附素编码基因 eae γ1 亚型，肠溶血素编码基因ehxA B亚型及group II型别与出血性腹泻和溶血性尿毒综合症密切相关。通过对不同来源和不同临床症状感染患者的分离株进行深入比较基因组学分析，发现了多种与严重症状相关的基因，这些基因主要编码毒素，粘附因子，转运蛋白，侵袭因子及分泌系统。综上，本研究发展了可效识别高致病性STEC菌株的分子标识，对及时发现非O157 STEC高致病性菌株引起的散发感染或暴发提供重要依据。本项目发现的高致病型基因和基因亚型可纳入STEC临床诊断，对及早预防和控制STEC感染后严重临床症状的发展具有重要意义。此外，本项目为后续探究宿主因素及病原菌-宿主相互作用在STEC疾病发展中的作用奠定了重要基础。