大規模ゲノム情報を利用した大腸菌における血清型変換の全貌解明

利用大规模基因组信息阐明大肠杆菌血清型转换的全貌

• 批准号: 21K07006
• 负责人: 中村 佳司
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K07006/
• 关键词: 大腸菌; O抗原・H抗原; 血清型変換; Sequence type; 比較ゲノム解析; 志賀毒素産生性大腸菌

大腸菌の血清型別に利用されるO抗原とH抗原は、合成遺伝子領域の組換えによって変化すること（血清型変換）が知られている。本研究では、大腸菌における血清型変換の全貌解明を目的として、公共データベースに登録されている大腸菌をClonal complex (CC)ごとに分類し、系統解析と血清型変換の解析を行う。令和4年度では、公共データベースに約1000株が登録されているCC165菌株を対象とした解析を行った。全菌株が保有する遺伝子を決定後、菌株間の一塩基多型（SNP）の数を指標に、同一クローンの集団を定義し、そこから代表菌株を選定することで、解析菌株数を500菌株とした。この菌株セットの系統関係から、本系統の血清型変換の全体像が判明し、系統の祖先H抗原と祖先Sequence type (ST)も明らかになった。また、菌株間のSNP数を利用して、菌株セットを細分化することで、集団内および集団間における血清型変換の詳細な解析が可能となった。本系統にはヒトに病原性を示す志賀毒素産生性大腸菌（STEC）と豚の大腸菌症の原因となる毒素原性大腸菌（ETEC）が属し、それぞれ異なる病原遺伝子セットを有している。このことから、本系統の病原因子獲得の歴史を調べることで、大腸菌の病原性進化と血清型変換との関連が明らかになると考えられた。また、STECのO165:H25のグローバルな集団構造を明らかにする過程で、O165:H25および近縁菌をCC119と新たに定義した。CC119に属するO172:H25がO165:H25と非常に近縁であり、両血清型の菌株間のO抗原合成遺伝子群と周辺領域の配列比較から、このO抗原の変換が、非常に複雑な組み換えの結果生じた可能性が示唆された。以上の解析結果を、病原関連遺伝子の詳細な解析結果や志賀毒素産生性の菌株間バリエーションの結果とともに原著英語論文として報告した。

众所周知，用于大肠杆菌的每种血清型的O和H抗原通过合成基因区域的重组（血清型转换）改变。在这项研究中，为了充分了解大肠杆菌中的血清型转化，在公共数据库中注册的大肠杆菌被分类为克隆复合物（CCS），并进行了系统发育分析和血清型转换。在2022年，对CC165菌株进行了分析，并在公共数据库中注册了约1,000个菌株。确定所有菌株携带的基因后，使用菌株之间的单核苷酸多态性（SNP）的数量定义了相同的克隆群体，并从菌株中选择了代表性菌株，从而对500个菌株进行了分析。该菌株集的系统发育关系揭示了该菌株的血清型转化的总体图，也揭示了祖先H抗原和祖先序列类型（ST）。此外，通过使用菌株之间的SNP数来细分应变集，可以详细分析种群内部和人群之间的血清型转换。该谱系属于对人类致病性的志贺毒素产生的大肠杆菌（STEC），以及引起猪的大肠杆菌的毒素生成大肠杆菌（ETEC），每个大肠杆菌（ETEC）具有不同的致病基因。从中，人们认为，通过检查该血统中的致病因素的获取历史，将揭示大肠杆菌的致病演化与血清型转化率之间的关系。此外，在阐明STEC中O165：H25的全球人口结构的过程中，O165：H25和相关细菌被新定义为CC119。属于CC119的O172：H25与O165：H25密切相关，并且在血清型和周围区域之间O抗原合成基因的序列比较表明，O抗原的这种转化可能是由非常复杂的重组产生的。上述分析结果报告为原始英语论文，以及病原体相关基因的详细分析结果以及产生志毒素的间质变异的结果。