口腔病原体与莱姆病相关螺旋形细菌基因组之间的主要差异

2019-09-18 642螺旋体基因组

三个世纪前,荷兰一位微生物学家首次发现了螺旋状的口腔病原体登体螺旋体(Treponema denticola),科学家已经破译了这种细菌的整个DNA序列,并利用比较基因组学对其他螺旋体微生物进行了新的研究。

口腔病原体与莱姆病相关螺旋形细菌基因组之间的主要差异

研究背景

基因组研究所的科学家们的研究(TIGR)和合作者贝勒医学院和休斯顿的德克萨斯大学健康科学中心发现与牙周(牙龈)疾病相关的密螺旋体与其他导致梅毒和莱姆病的螺旋体的基因含量存在深刻差异。

“这凸显了比较基因组学的力量,它能帮助我们了解相关病原体如何导致完全不同的疾病,”Ian Paulsen说。密螺旋体基因组“为研究螺旋体生物学提供了一个极好的参考点。”

这篇论文将发表在2004年4月13日出版的《美国国家科学院院刊》(PNAS)上,并计划本周在网上发表。这项研究由美国国立卫生研究院下属的国家牙科和颅面研究所(NIDCR)资助。

口腔病原体与莱姆病相关螺旋形细菌基因组之间的主要差异

研究内容

研究人员发现,密螺旋体的基因数量是引起梅毒的梅毒螺旋体的两倍多,而且这两种相关微生物的基因组之间几乎没有基因顺序(synteny)的保持。作者说,这表明这两个螺旋体从一个共同的祖先分化“是一个古老的事件”,而与之形成鲜明对比的是,许多其他细菌群从它们的祖先亲戚分化出来的时间更晚。

这项基因组研究有望帮助科学家更多地了解口腔病原体在牙菌斑中是如何相互作用而导致牙龈疾病的。齿龈卟啉单胞菌是一种与牙周炎有关的细菌,牙周炎是一种影响约2亿美国人的牙龈疾病。拥有这两种微生物的完整基因组将有助于研究它们之间的相互作用,并可能为寻找治疗牙龈疾病的药物靶点提供分子线索。

TIGR的科学家和合作者去年对齿龈卟啉单胞菌的基因组进行了测序,目前正在破译另外六种口腔细菌的基因组,并对口腔微生物进行“元基因组”分析。据估计,人类口腔中的500种微生物中,只有150种是在实验室中培养出来的。

“基因组序列揭示了密螺旋体在口腔生物膜复杂环境中殖民和生存的机制,”该研究的第一作者Seshadri说。

在《美国国家科学院院刊》的论文中,研究人员报告说,密螺旋体的基因组“反映了它在菌斑中与其他细菌“定居和生存的适应性”。与其他螺旋体(包括在牙菌斑中发现的约60种其他密螺旋体l或系统型)相比,密螺旋体相对容易培养和遗传操作,使其成为螺旋体研究的一个优秀模型。

螺旋体的特点是螺旋形状和螺旋钻穿过凝胶状组织的能力,从而导致许多不同的疾病。微生物学之父Antonie van Leeuwenhoek,在1670年代用他的原始显微镜观察了口腔齿龈卟啉单胞菌后,第一次画出了它的草图。然而,即使在三个世纪之后,与许多其他主要类型的细菌相比,人们对螺旋体的了解仍然很少。

口腔病原体与莱姆病相关螺旋形细菌基因组之间的主要差异

螺旋体完整基因组

到目前为止,TIGR已经测序了三个螺旋体的完整基因组:密螺旋体;梅毒螺旋体,导致梅毒;由伯氏疏螺旋体会导致莱姆病。中国国家人类基因组中心对导致钩端螺旋体病的第四个螺旋体——钩端螺旋体疑者的基因组进行了测序。

TIGR的比较分析发现,密螺旋体的2786个基因中,约有一半不存在于其他三个已测序的螺旋体中。所有四种螺旋体共有的618个基因中,有一些基因是其他已测序的微生物所没有的。

“拥有几个螺旋体的基因组序列为研究进化提供了一个非凡的机会,”Norris说,他说所有的螺旋体都是近亲,即使它们生活在各种各样的环境中,包括泥、蛤、白蚁的内脏、蜱和人类。通过比较更多螺旋体的DNA序列,他说,“我们也许能够找到细菌致病的根源,在环境中自由生存,甚至对宿主有益。”

TIGR总裁Claire M. Fraser说,序列数据提供了一个新的起点”探索分子差异可以解释为什么和 密螺旋体和梅毒螺旋体引起如此不同的疾病:“这项研究揭示了螺旋体特异性生物学的新观点,以及形成这些基因组的进化力量。”

引用

The Institute For Genomic Research. "Major Differences Found Between Genomes Of Oral Pathogen And Related Spiral-shaped Bacteria That Cause Syphilis And Lyme Disease." ScienceDaily. ScienceDaily, 2 April 2004.
www.sciencedaily.com/releases/2004/03/040330090454.htm.

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