钩端螺旋体遗传多态性和微进化研究

Leptospirosis is an acute natural focal infectious disease caused by pathogenic Leptospires. In recent years, with the change of leptospirosis epidemiological trends, the reported cases of leptospirosis infection have gradually been increased throughout the world, which result a serious threat for the people health and livestock production. Therefore, it is very important for the prevention and control of leptospirosis that understanding the molecular epidemiological trends, population structure and microevolution of Leptospires. In this study, many Leptospira isolated from different periods and countries will be collected, which assumed to represent the diversity of the population. The whole-genome Solexa sequencing, SNP analysis, MLST and MLVA will be used and genetic polymorphisms at many key genes and locis will be analyzed. These study results will help us understand the characteristics of genomic variations and molecular trends of the epidemic Leptospires in China. The phylogenetic relationship among different strains(types) will then be investigated for insight into the role of single base mutation, gene acquisition, gene deletion at Leptospira microevoluation. The genetic polymorphism database of Leptospires will be built. It will be explored for the genetic basis and evolution mechanisms of virulence of the main epidemic isolates, which facilitate us in-depth understanding of the microevolution of leptospires. Taken together, these data will offer the basis of molecular typing, pathogenic tractability and the development of new vaccines in the future.

钩端螺旋体病（简称钩体病）是由致病性钩端螺旋体（简称钩体）引起的一种急性人兽共患传染病。近年来随着钩体病流行趋势的改变，世界各地报道的钩体感染病例数逐渐增多，给当地人民健康和畜牧业生产造成了严重的威胁。因此，了解其分子流行病学趋势、种群结构和微进化对于防控该传染病具有重要意义。本研究拟通过收集不同国家地区、不同时期的代表性钩体，尽可能的代表钩体的种群多样性；综合使用全基因组Solexa测序、SNP分析、MLST、MLVA等研究技术，分析大量关键基因或位点的遗传多态性，了解我国流行的钩体基因组变异特点和分子流行趋势，阐述各菌株/菌型的系统发育关系；认识单碱基突变、基因获得、基因缺失在基因组微进化中的作用，构建钩体遗传多态性数据库；探究主要流行菌型的遗传基础和毒力进化机制，从而更加深入掌握钩体微进化特征和规律，为钩体分子分型、溯源以及新疫苗的研制奠定理论基础。

钩端螺旋体病（简称钩体病）是由致病性钩端螺旋体（简称钩体）引起的一种急性人兽共患传染病。近年来随着钩体病流行趋势的改变，世界各地报道的钩体感染病例数逐渐增多，给当地人民健康和畜牧业生产造成了严重的威胁。因此，了解其分子流行病学趋势、种群结构和微进化对于防控该传染病具有重要意义。 本研究收集了不同国家地区、不同时期的具有种群多样性代表性的钩体，应用完善建立的钩体MLST和MLVA分子分型方法，系统研究钩体分子流行趋势，发现我国主要流行钩体MLST型为ST1，不同于对世界上其他国家ST17型。MLVA分析结果也显示不同时期流行的不同MLVA基因型，同一血清群的钩体菌株包含多种特定MLVA基因型，进一步证实了中国钩体分离菌株独特的种群多样性，从而掌握了我国钩体分子流行病学第一手资料。在此基础之上，建立了钩体疫苗菌种分子质控方法，获得7种钩体疫苗菌种的唯一性分子指纹图谱，完善当前疫苗菌种质控评价体系。.应用高通量测序技术对具有代表性的钩体流行菌株和疫苗株进行全基因组分析，揭示了钩体疫苗菌株与流行菌株的基因组差异性。并以此构建了钩体遗传多态性数据库，详细绘制了致病性钩体分子进化途径，发现致病性钩体Core genome 比较保守，而Pan-genome 是开放，以适应不同环境。选取了三对疫苗强毒株及其无毒株进行深入的比较基因组学分析，证实了钩体基因组从有毒株变成无毒株，并没有基因获得，主要SNP 突变为主，探讨了微进化与细菌毒力的关系，由此提出一种致病钩体新的分子进化机制：基因获得和毒力相关蛋白家族的扩增促进致病性钩体分子进化，且这种进化是受到宿主阳性选择作用而驱使的，这些研究帮助我们进一步了解钩体的种群结构、新菌型微进化特征及其毒力的变化，从而为后续钩体疫苗菌种的选择、新疫苗的研制和传染病防控提供了科学依据。.本项目申请了一项专利，发表相关SCI论文6篇，研究成果已被Nature Reviews Microbiology等国际权威杂志正面引用。