神经危重症感染患者肺炎克雷伯菌同源性与基因组学关系

摘要

目的分析神经危重症感染患者肺炎克雷伯病原菌（Klebsiella pneumoniae, KP）同源性与基因组学的关系。方法选取2015-2018年神经危重症感染患者中经脉冲场凝胶电泳分析同源性鉴定的非多重耐药性KP病原菌共5株（编号P20、P39、P66、P90、P91）, 其中P90和P91为相同克隆株, P66、P90、P91为同一流行克隆系, P20、P39与其他菌株无同源性关系, 进行二代+三代全基因组测序, 应用多种生物信息软件进行基因组学分析, 了解菌株间基因组基本信息、染色体、质粒分布情况, 单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphisms, SNP）差异, 基因家族聚类特征, 并与美国国立生物技术信息中心（National Center for Biotechnology Information, NCBI）网站注册分析的（2013年至2016年）国内、外18株KP菌株构建系统发生树, 分析菌株间进化亲缘性关系。结果 P20、P39、P66、P90、P91全基因组大小分别为5 469 543 bp、5 480 332 bp、5 768 352 bp、5 745 666 bp、5 722 999 bp;GC含量分别为57.07%（1 559 929+1 561 432）/5 469 543、57.27%（1 566 970+1 571 424）/5 480 322、56.96%（1 640 438+1 645 432）/5 768 352、56.88%（1 634 285+1 634 038）/5 745 666、56.95%（1 627 360+1 631 781）/5 722 999。与P20参考菌株进行比对, P39、P66、P90、P91的SNP总数量分别为32 682、34 226、34 292、34 375, 基因编码区序列总突变比率分别为87.18%（28 491/32 682）、86.71%（29 679/34 226）、85.26%（29 238/34 292）、86.22%（29 638/34 375）, 非同义突变占一定优势, 比率分别为44.57%（14 566/32 682）、44.01%（15 063/34 226）、48.01%（16 465/34 292）、48.75%（16 758/34 375）, 同义突变分别为42.61%（13 925/32 682）、42.70%（14 616/34 226）、37.25%（12 773/34 292）、37.47%（12 880/34 375）。P90与P91均有6个特有基因家族, P66有4个特有基因家族。同一流行克隆系P66、P90、P99在系统发育树同一进化分支上, 相同克隆株P90、P99在同一子分支上, 无同源性关系的P20、P39分别在不同的进化分支上。系统发育树进化分支上P20、P39、P66、P90、P91与NCBI网站提交的法国KP52-145菌株、中国台湾ED23菌株进化等级关系较近。结论神经危重症感染患者肺炎克雷伯病原菌具有相同克隆株间特有基因家族数目一致, 同一流行克隆系间特有基因家族数目和SNP总数量有较小变化, 且在系统发育树同一进化分支上的特点。无同源性菌株的特有基因家族数目和SNP总数量有较大变化, 且在系统发育树不同进化分支上。