幽门螺杆菌(Helicobacter pylori)比较基因组学分析及基因组减小分子机制的探讨

摘要

幽门螺杆菌是一种革兰氏阴性的螺旋杆菌，全球有近一半的人群感染有这种细菌。它是引发胃炎、胃溃疡甚至胃癌的重要原因。然而，不同地区的感染率和发病率是不一样的。在东方国家人群中，其感染率大约为70％，而在西方国家中仅为40％左右。随着基因组测序技术的发展，越来越多的幽门螺杆菌基因组被破解，比较不同地区菌株基因组的差异能够提高人们对幽门螺杆菌感染的认识，对相关疾病的治疗有重要的指导意义。
　　在本研究中，采用两种不同的系统发育分析方法分析后我们发现NCBI数据库中所有破译的幽门螺杆菌基因组序列主要分为5个菌群:hpAfrica2、hpAfrica1、hpEurope、hpEasia2和hpEastAsia。其开放型的泛基因组由4237个基因组成，而核心基因组仅由882个基因组成，意味着每个细菌的基因组中仅有大约一半基因是存在于所有幽门螺杆菌菌株中的。此外，我们发现在东方国家中占多数的hpEastAsia的基因组大小显著小于西方国家中占多数的hpEurope的基因组，随着基因组的减小，GC含量和基因的数量也随之下降。通过比较基因组学的方法，我们找到了hpEastAsia丢失的基因，主要包括假定蛋白、限制修饰系统和外膜蛋白等，这表明非必需基因的删除是导致基因组减小的主要原因。细菌大部分的能量用于蛋白质的合成，较小的基因组能量消耗较低，因此，相同环境下hpEastAsia的菌株相对hpEurope能够更快地生长繁殖，这很有可能是东方国家感染率高于西方的主要原因之一。
　　随后，我们对幽门螺杆菌基因组减小的机制进行了探讨，我们发现hpEastAsia的DNA聚合酶Ⅰ以及碱基切除修复系统经历着松弛的选择压力，同时，错配修复系统丢失了活性。可能二者共同造成了hpEastAsia相对更高的突变率。突变在幽门螺杆菌中并不是随机的，而是倾向于GC向AT突变，这导致hpEastAsia的AT含量增加。随着AT含量的上升，形成了更高的单核昔酸多聚物密度。由于单核苷酸多聚物容易引发滑链复制现象，通常是插入缺失的高发区。因此，更多的插入缺失引发的基因失活现象发生在hpEastAsia中。失活的基因不再经受自然选择的作用，在进化过程中最终会由于细菌固有的删除偏好性而发生基因的丢失和基因组的减小。通过对幽门螺杆菌基因组减小机制的研究提高了我们对其进化历程的认识，同时为其他相关研究指明了方向。

目录

声明

摘要

第1章 前言

第一节 研究背景简介

1．1．1 幽门螺杆菌研究背景及进展

1．1．2 幽门螺杆菌基因组学研究

第二节 本研究的研究内容、目的及创新性

1．2．1 本实验研究背景

1．2．1 本实验研究内容

1．2．2 研究目的

1．2．3 创新性

第2章 材料与方法

第一节 实验材料

2．1．1 菌株与序列

2．1．2 软件及数据库

第二节 实验方法

2．2．1 泛基因学分析

2．2．2 系统发育分析

2．2．3 碱基替换率的校正

2．2．4 假基因预测

2．2．5 同义替换率和非同义替换率的计算

第3章 结果与分析

第一节 53个基因组的泛基因组学分析

第二节 系统发育分析

3．2．1 MLST系统发育树

3．2．2 核心基因组系统发育树

第三节 比较基因组学分析

3．3．1 减小的hpEastAsia基因组

3．3．2 变异基因的鉴定

3．3．3 基因组大小减小机制探讨

第4章 讨论与结论

5．1 系统发育树

5．2 减小的hpEastAsia基因组

5．3 基因组减小的机制

5．4 精简的hpEastAsia基因组

5．5 精简基因组的适应性

参考文献

致谢

个人简历