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《南开大学》 2004年
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某些重要人类致病微生物分子进化的研究

陶江  
【摘要】:志贺氏菌(Shigella)又名痢疾杆菌,是随着人类进化而发展起来的重要肠道致病菌,引起人的细菌性痢疾。大肠杆菌(Escherichia coli)又名大肠埃希氏菌,一些特定的O-抗原血清型引起人类的腹泻与尿道感染(如大肠杆菌O15),严重者可导致肾衰或死亡(如大肠杆菌O157,O111,O121)。志贺氏菌与大肠杆菌的进化地位十分接近,有许多共同的生化和分子遗传学特征。 O-抗原是革兰氏阴性菌最主要的表面多糖抗原,由于长期受到来自宿主的选择压力,具有非常丰富的多样性,大肠杆菌有166种O-抗原,志贺氏菌有33种O-抗原,其中13种O-抗原为二者所共有。合成O-抗原的基因是研究分子进化的最好的材料之一。 本文通过对4株志贺氏菌和4株大肠杆菌的O-抗原基因簇的分子鉴定和对1株非常特殊的大肠杆菌的基因组上O-抗原常见位点的分子鉴定,以及对O-抗原特异基因(糖基转移酶基因和寡糖单位处理酶基因)序列与对O-抗原基因簇两侧序列(持家基因序列和非编码序列)的生物信息学分析,结果发现: O-抗原多样性可以通过O-抗原基因簇在细菌种属间和种属内的DNA横向转移形成。痢疾志贺氏菌7型的O-抗原基因簇与一个远缘的水生微生物Shewanella oneidensis的一段表面多糖基因簇在整体水平上有较高的同源性,二者是从一个共同祖先进化来的,这是细菌表面多糖抗原基因簇在种属间横向转移的一个新的典型证据,以前所知道的表面多糖基因簇在种属间的横向转移都发生在亲缘关系很近的菌中,这是首次发现两个远缘的种属间的表面多糖基因簇的横向转移。鲍氏志贺氏菌11型与大肠杆菌O105具有相同的O-抗原,二者O-抗原基因簇中的基因和结构也是完全相同的。同时,二者共有一个特殊的特征区别于常见的O-抗原基因簇——一个与其它基因方向相反的wzx基因,说明鲍氏志贺氏菌11型与大肠杆菌O105的O-抗原基因簇是先在二者中的一个菌里形成,又横向转移到另一个菌里的。这是细菌表面多糖抗原基因簇在种属内横向转移的一个新的典型证据。插入序列在细菌产生新的O-抗原形式中也起重要作用,大肠杆菌O3,O15和O57的O-抗原基因簇都是在插入序列的作用下形成的。O-抗原基因簇两侧的持家基因和非编码序列,以及O-抗原基因簇中的插入序列都可以介导O-抗原基因簇的横向转移。同时发现O-抗原基因簇中的3类主要基因有着不同的来源和进化历史,O-抗原基因簇是经过其中基因的多次横向转移形成的。 本文的研究还发现: 1.大肠杆菌O57基因组上的O-抗原基因簇常见位点(galF基因和his操纵元之间)没有O-抗原基因簇的存在,这是首次发现一株大肠杆菌的O-抗原基因簇没有位于galF基因和his操纵元之间。galF和gnd基因之间存在O-抗原基因的残余序列、完整的 南开大学博士毕业(学位)论文 O一抗原基因簇的调控序列和工S1与H一repeat插入序列,说明在大肠杆菌057中ga1F 和gnd基因之间也曾经存在过O一抗原基因簇,但伴随着插入序列的进入而丢失了,新 的0一抗原基因簇可能在质粒上或基因组上的其它位置。 2.用隐含马尔科夫的方法构建了新的O一抗原聚合酶和O一抗原转运酶的基序模型,可用于 生物信息学方法更好地对编码这两种酶的基因进行鉴定。初步鉴定了2个糖基转移酶 家族可能的保守区域,分析了糖基转移酶的一级结构、二级结构与高级结构之间的关 系,预测了一批糖基转移酶的确切功能,为构建和合成寡糖奠定了基础。 3.鉴定了对4种志贺氏菌和7种大肠杆菌O一抗原特异的基因,对0一抗原特异基因PCR 方法的特异性和灵敏度在临床分离的大肠杆菌和猪肉中进行了检测,发现0一抗原特异 基因PCR方法有很高的特异性和灵敏度。为建立志贺氏菌和大肠杆菌的分子分型系统 和基因芯片检测平台奠定了基础。 4.本文鉴定了3对具有相同O一抗原的志贺氏菌和大肠杆菌,发现它们的O一抗原基因簇也 是相同的,同时通过对H一抗原的特异基因f1了C进行测序,建立了可以区分具有相同 O一抗原的志贺氏菌和大肠杆菌的PCR快速检测方法的基础。 5.鉴定了80种肺炎球菌中的寡糖单位处理酶基因(二x和即狡犷),并用生物信息学的方 法对其特异性进行了预测,同时对其中的转运酶基因进行了进化分析。为建立肺炎球 菌的分子生物学分型系统和分子生物学快速检测平台奠定了基础。
【学位授予单位】:南开大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:R37

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