2018-08-30
正文：
近期，派森諾生物與上海市兒童醫院合作，在《Infection and Drug Resistance》（影響因子3.443）發表論文，通過對兒童中分離獲得的25種多重耐藥性肺炎鏈球菌進行重測序分析，研究了基因變異與多重抗藥性肺炎鏈球菌之間的關系。
研究背景：
肺炎鏈球菌能夠引起一系列嚴重的感染性疾病，在全世界范圍內，肺炎鏈球菌是引起每年582000至926000個幼兒死亡的罪魁禍首?？咕鷦﹦t是治療肺炎鏈球菌的藥物。但道高一尺，魔高一丈，隨之出現了多重耐藥性（MDR）菌株，大大降低了抗生素的效力。
多重耐性肺炎鏈球菌作為可變菌株，其作用機制涉及多種抗生素相關的基因。如肺炎鏈球菌對β-內酰胺類抗生素的耐藥性主要是由青霉素結合蛋白（PBPs、PBP1A、PB2X和PB2B）的突變引起的。但肺炎鏈球菌復雜的耐藥機制仍需要進一步研究。而測序技術，全基因組重測序（WGRS），在流行病學分析、耐藥性檢測和系統發育研究中非常重要。它通過對基因組測序并與先前測序的參考菌株基因組進行比較，識別兩個序列之間的序列多態性，如單核苷酸多態性（SNP）、基因獲取、重組、丟失以及插入和缺失（Indels）。本研究對25株肺炎鏈球菌進行WGRS分析，測定其SNP和Indels等遺傳多樣性。
研究目的：
遺傳變異與耐藥性的關系
研究方法：
測序技術：Illumina HiSeq 2000
實驗對象：25株從兒童體內分離的肺炎鏈球菌，其中21株為一種或多種耐藥性菌株，4株為抗生素敏感性菌株。
實驗設計：
對25株分離菌進行重測序，基于SNP進行進化樹重構以及主成分分析，并比較敏感菌株和抗菌耐藥菌株之間的Indels和SNPs。
研究結果
1. 肺炎鏈球菌基因組分析
分離的25株肺炎鏈球菌的序列的大小為2.1 Mbp，占基因組總估計大小的90%?？侴C%含量為39.5%，基因組含有2200～2400個開放閱讀框。在不同耐藥性的分離株中存在相似數量的缺失（范圍131～171）。編碼區中非同義/同義突變的SNP數目和非編碼區的非同義/同義突變也均在16103～28128之間。
2. 肺炎鏈球菌分離株基因組水平分析
從SNP進化樹圖以及PCA分析圖可以發現，攜帶不同抗生素抗性的分離株具有相似的遺傳背景。這一結果也符合表1中的不同分離株的血清型。其中14-LC.ER1025分離菌表現出與其他分離菌不同的遺傳關系，可能是基因組變異的結果。接下來，依靠SwissProt數據庫，對這些特定區域的功能進行了注釋。發現它們位于與毒力、蛋白質代謝和抗菌性相關的76個基因中。這表明這些序列具有相似性，并且水平遺傳轉移可能在它們的進化過程中發生。
3. 遺傳變異與耐藥性的關系
為了發現基因變異與耐藥性的潛在聯系，對敏感菌株和抗菌耐藥菌株之間的Indels和SNP做了比較。其中，與PEN、CXM和CRO b-內酰胺相關的Indel數分別為77、237和139。此外，21個基因（例如，dpr、dagA、zmpB、dfr、axe1、dctA、pspC、sulA等）中的27個突變顯示出高的突變率，并與CXM抗性密切相關。同時，鑒定出465個可能與大環內酯和林可酰胺抗性有關的突變，并且5個基因（lacE、ugd、pspC、pepB等）中的16個突變與該抗性有關。SXT耐藥菌株有253個突變，其中14個突變與6個基因相關（dpr、pspC、dfr、dctA、sulA等）具有較高的突變率。與PEN（3480）、CXM（7707）和CRO（5214）β-內酰胺抗性相關的基因的SNP數目分別為1524、1494和1189個。7個基因（Sula、GDHA、HOM、XPT、BGLA、ReGR等）中的35個突變明確顯示出高突變率，這些與CXM抗性密切相關。此外，發現14380個突變可能與大環內酯和林可酰胺抗性有關，trkH和PTS-EII基因與該抗性機制有關。與SXT抗性相關的突變數為8012個，涉及1524個基因，其中6個（ugd、dfr、sulB、dpr、dctA和pspC）與SXT抗性密切相關。
4. 發現與已知抗生素相關的基因
pbp2a、pbp2b、pbpX、murMN和ciaH基因的突變主要與PEN抗性相關，而pbp2a、pbp2b、pbp1b、murMN和ciaH基因的突變與CXM和CRO抗性有關。此外，發現大環內酯抗性菌株攜帶ermB和mefA基因，它們分別編碼核糖體甲基化酶和藥物外排蛋白。大多數大環內酯類耐藥肺炎鏈球菌也對四環素耐藥，并攜帶tetM基因。我們發現只有一個基因（rplD）的突變賦予大環內酯抗性，而dfr和sulA基因的突變與SXT抗性密切相關。
總結：
對25株肺炎鏈球菌的分析表明，具有相同抗生素耐藥性的菌株具有不同的遺傳背景，反之亦然。即我們觀察到的遺傳變化可能不依賴于耐藥表型，選擇、突變和重組的復合效應可以迫使生物體走向細菌進化。水平獲取得具有耐藥性的轉座子可自發的促進生物體適應高耐藥性的環境。這些可移動元件有助于肺炎鏈球菌臨床上重要的耐藥性轉移，另外，不同株肺炎鏈球菌SNP和indels的突變頻率較高，這些變化與一些抗生素耐藥基因相關，同時也還需要進一步研究。
本研究的測序和數據分析工作由上海派森諾生物科技股份有限公司完成。
文章索引:
Pan F, Zhang H, Dong X, et al. Comparative genomic analysis of multidrug-resistant Streptococcus pneumoniaeisolates[J]. Infection & Drug Resistance, 2018,11:659-670.
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