多重耐药弗氏柠檬酸杆菌P10159和噬菌体IME-CF2的测序和基因组学研究

摘要

弗氏柠檬酸杆菌是人体肠道正常菌群，也是条件致病菌，能引起免疫力低下人群患病。弗氏柠檬酸杆菌自发现之初就表现出对常用的抗生素耐受，抗生素治疗只能抑制其生长。此外，该菌对表面活性剂、化学消毒剂、紫外线照射等具有一定抵抗作用。因此，不易将其从医疗设备上清除干净，是院内感染重要病原菌之一，重要性仅次于铜绿假单胞菌。当前，抗生素药物的研发速度远远赶不上细菌获得耐药的速度，耐药细菌特别是多重耐药病原菌给临床抗感染治疗带来极大挑战。临床亟待寻找抗生素可替代品，用于耐药病原菌的防控和治疗。有古老研究历史的噬菌体治疗此时展现出许多优势，是一种潜在治疗方案，重新获得人们的关注。
　　高通量测序技术（HTS），又叫下一代测序技术（NGS），具有通量高、速度快、价格低廉等优点，为基因组学的发展提供了重要支撑，是生命科学和医学等行业研究的重要工具。基因组完整序列的获取对研究遗传、进化、变异、基因组成、基因调控等具有重要意义。当前，市场主流的二代测序平台有Roche454、Illumina的 Hiseq及 Miseq、Life的 Ion Torrent。其中Illumina占据绝大部分市场，其突出优点是通量高、准确度高。Ion Torrent测序速度最快，Roche454单条Reads序列读长最长，它们都有同聚性错误的缺点。以上测序仪在不同的应用领域有其优势与不足。
　　本实验针对分离于医院食管癌患者尿液的一株多重耐药弗氏柠檬酸杆菌，首先测定其耐药谱和生化特性。然后，使用Ion Torrent对其进行全基因组测序研究和基因组学分析。为解决基因组序列拼接中因重复序列所致断裂问题，我们使用Shotgun和Mate-Pair两种测序方法。序列组装使用Newbler v2.8，由于其组装原理基于序列相似性比对，过多数据反而不利于组装。经反复尝试，我们推荐使用约30倍覆盖倍数的数据用于组装。ContigScape软件用于Contigs关联信息展示，并使用参考序列进行片段定位。基因组Gap使用Gapfiller填补，针对其中不能填补的Gap，两端设计引物，通过PCR扩增获取该Gap序列。最终，获取C.freundii P10159基因组全序，长5080321bp, GC含量51.7％。基因组编码4768个CDSs，24个rRNA和69个tRNA。从GenBank数据库中下载其余三株弗氏柠檬酸杆菌（C.freundii CAV1741、C.freundii CAV1321和C.freundii CFNIH1）全基因组序列，与本测序菌株P10159进行比较基因组学分析。结果显示，4株弗氏柠檬酸杆菌同源性较高，同源区域较多。C.freundii P10159相较于其他三株基因组有一个大片段颠倒突变（2.4~3.2Mbp），与C.freundii CAV1231株同源性最高。进一步抽提以上四株弗氏柠檬酸杆菌蛋白序列，进行同源蛋白比对分析。4株弗氏柠檬酸杆菌之间共有同源基因3395个，表明它们之间具有相对较高的同源性。C.freundii P10159与C.freundii CAV1321、C.freundii CAV1741和C.freundii CFNIH1分别具有3613、3606和3488个同源基因。C.freundii P10159具有最多的特有基因787个，与其他三株差别最大。基于3个管家基因和1个16S rRNA序列进化树分析显示，上述四株弗氏柠檬酸杆菌处于同一进化分支，能与大肠杆菌及沙门氏菌分开。本文第二章成功从医院污水中分离到一株弗氏柠檬酸杆菌毒性噬菌体IME-CF2，电镜照片显示该噬菌体呈典型的二十面体结构，具有一收缩的尾部，形态类似肌尾噬菌体科。全基因组序列分析与进化分析表明IME-CF2属T4类噬菌体。对其进行形态学分析和基因组学研究，为噬菌体治疗研究提供了基础。

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前言

1 微生物基因组学研究

2 弗氏柠檬酸杆菌致病性及其耐药性

3 噬菌体治疗研究进展

4 本文主要研究内容

第一章 多重耐药弗氏柠檬酸杆菌P10159的分离鉴定与比较基因组学分析

1 引言

2 材料与方法

3 结果

4 讨论

第二章 弗氏柠檬酸杆菌裂解性噬菌体的分离和基因组学分析

1 引言

2 材料与方法

3 结果

4 讨论

结论

参考文献

附录

个人简历

致谢

综述:噬菌体治疗：潜在抗生素耐药细菌的解决方案