应用比较基因组学技术对传统发酵乳制品中粪肠球菌安全性的研究

As an important genus of lactic acid bacteria, Enterococcus is not generally regarded as safe like other lactic acid bacteria, there has been great controversy in its use in food. In view of the safety evaluation of Enterococcus, traditional methods more focused on phenotype and is time-consuming, laborious and lack of uniform standards, the results credibility is low. Nowadays, the development of genome sequencing technology provides a new thought and method to solve this problem. We can make more accurate and detailed results by comparative genomic analysis at "panoramic" level. This research mainly study in Enterococcus faecalis, which is the type species of Enterococcus. At first, 15 to 20 strains of Enterococcus faecalis isolated from traditional fermented dairy products were sequenced by Illumina Hiseq high-throughput sequencing platform, then genetic evolutionary relationships and genome structures of Enterococcus faecalis isolated from dairy products, gut, urine, water, and soil were analyzed using comparative genomic analysis. Furthermore, virulence genes and antibiotic resistance genes were retrieved from the complete genomes of dairy isolates. This research will provide essential data for safety evaluation of Enterococcus faecalis isolated from dairy products.

作为一种重要的乳酸菌，肠球菌在食品中的使用备受质疑。针对肠球菌安全性的研究，传统方法多集中于表型，结果可信度较低。本研究尝试在基因组层面全面分析食源性和病原性肠球菌的差异，以期为肠球菌的安全性评估提供一种新的思路和研究方法。研究计划以肠球菌模式种-粪肠球菌为研究对象，首先利用Illumina Hiseq高通量测序平台完成15-20株传统发酵乳制品中粪肠球菌分离株的全基因组测序，然后结合已经完成测序的粪肠球菌致病株基因组，利用比较基因组学技术全面分析粪肠球菌乳制品分离株与致病株在基因组水品上的差异，找出乳制品分离株中与生存环境相关的特异性基因；构建粪肠球菌核心基因组，解析粪肠球菌乳制品分离株与致病株的遗传进化关系；同时，在全基因组水平检索乳制品分离株中携带的致病基因和耐药性基因，并通过上下游序列的关联分析，评估这些基因的突变风险，为评价粪肠球菌乳制品分离株的安全性提供基础数据。

作为一种同型发酵乳酸菌，肠球菌在食品生产中的应用十分广泛，但同时肠球菌还是一类主要的医院内病原体，其在食品中的使用一直存在很大的争议。肠球菌乳制品分离株与肠道以及其它环境分离株有着怎样的进化关系？肠球菌乳制品分离株是否携带致病基因和耐药性基因？这将是我们评估肠球菌乳制品分离株安全性的前题。针对肠球菌安全性的研究，传统方法多集中于表型，结果可信度较低。本研究以肠球菌中两个最常见物种粪肠球菌和屎肠球菌为研究对象，首先利用Illumina Hiseq高通量测序平台完成了15株粪肠球菌和54株屎肠球菌乳制品分离株的全基因组测序，结合已经完成测序的其它环境分离株，共对78株粪肠球菌和161株屎肠球菌分别完成了比较基因组分析。研究首先构建了粪肠球菌和屎肠球菌的核心基因集和泛基因集，并利用核心基因集构建粪肠球菌和屎肠球菌的系统发育关系，阐明了粪肠球菌和屎肠球菌不同环境分离株的进化关系。结果显示，相较于粪肠球菌，屎肠球菌不同环境分离株具有明显的聚类现象，表明环境因素对屎肠球菌基因组的影响更为显著，屎肠球菌基因组具有较强的可塑性。同时利用全基因组关联分析找出了粪肠球菌和屎肠球菌的环境特异性基因，进一步阐明了环境对肠球菌基因组的影响，以及菌株的适应性进化；此外，在全基因组水平检索乳制品分离株中携带的致病基因和耐药性基因，并与其它环境分离株进行了比较分析，证实了肠球菌乳制品分离株基因组中同样携带有致病基因和耐药基因，为评价肠球菌乳制品分离株的安全性提供了基础数据，同时也提示我们将肠球菌乳制品分离株应用于食品生产前一定要经过严格的安全性评估。本项目创新性的将比较基因组学技术运用于肠球菌的安全性评估，不但为评价乳制品分离株的安全性提供了大量的基础数据，也为菌株的安全性评价提供了一种新的思路和研究方法。

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