细菌的毒力岛

1、汇报人.目录Contents毒力岛的概念1毒力岛的特点2检测方法3毒力岛与致病性的关系4毒力基因的其致病性5指导老师毒力岛的概念 Pathogenicity island毒力岛的概念毒力岛(virulenceisland) 又称 致病性岛(pathogenicity island)1997年Hacker等对毒力岛下了较为精确的定义: 毒力岛是编码细菌毒力基因簇的一分子量相对较大的染色体。：病原菌的某个或某些毒力基因群，有别于细菌基因组，但位于细菌基因组之间，因此称之为“岛岛” 部分病原毒力岛毒力岛的特点 毒力岛形成过程毒力岛形成过程 在毒力岛形成的过程中，质粒，噬菌体质粒，噬菌体，以及其他在基

2、因的水平转移过程中扮演着重要的角色。 毒力基因水平转移毒力基因水平转移重组或整合形成重组或整合形成毒力岛样结构域毒力岛样结构域可移动元件可移动元件形成毒力岛形成毒力岛毒力岛基因毒力岛基因诱导表达诱导表达毒力岛毒力岛进化完善进化完善 图图 毒力岛形成的流程图毒力岛形成的流程图234567志贺菌沙门氏菌霍乱弧菌链球菌金黄色葡萄球菌幽门螺杆菌目前已发现毒力岛存在的细菌耶尔森菌大肠杆菌81毒力岛基本特征(1)相对分子质量较大的(20100k左右)染色体DNA片段。(2)一些毒力岛的两侧具有重复序列和插入元件,但是也可以没有。毒力岛基本特征(4)毒力岛DNA片段的、和有明显差异,有的比宿主细胞的G+Cm

3、ol%明显高,有的明显低。(3)毒力岛往往位于细菌染色体的,或者位于肠致病性大肠杆菌肠致病性大肠杆菌(EPEC)的就位于转运转运RNAselCRNAselC位点位点。例外：例外： 既不插入既不插入tRNAtRNA附近也不与附近也不与噬菌体整合位点噬菌体整合位点毒力岛基本特征(5)毒力岛编码的基因产物许多是和细胞表细胞表面蛋白面蛋白例如：溶血素、菌毛血红素结合因子一些毒力岛编码细菌的分泌系统(如型分泌系统)信息传导系统和调节系统致病性细菌的毒力岛(6)一种病原菌可以有。(7)毒力岛可能与有关。鼠伤寒沙门菌有5个毒力岛。毒力岛分类 目前发现的毒力岛根据其G+C百分比与宿主菌的差异,可分成两类: 小

4、肠结肠炎耶尔森菌的毒力岛 大肠杆菌 沙门氏菌 幽门螺杆菌中的毒力岛。请输入您的标题根据毒力岛编码的产物性质可分为致病性岛共生岛检测方法常用的鉴定细菌未知毒力基因方法条码标记法( signature tagging)差减杂交 ( subtraction hybridization)特征性差异分析(representational difference analysis)mRNA功能分析( differential display of mRNA)常用的鉴定细菌未知毒力基因方法比较基因组作图(comparative genome mapping)接合介导的DNA插入取代标记法(conjugatio

5、n-mediated diretced tagged internal DNA replacement)粘粒克隆测序 (cosmid cloning combined with sample sequence)毒力岛探查法 ( island probing)毒力岛与致病性的关系 123毒力岛基因受体菌的状态被感染宿主的特点 毒力岛的获得是否就足以使细菌成为致病菌呢?取决于三个方面的因素是否携带毒力基因内部其他基因成分的调控受染宿主本身的免疫状态毒力基因的其致病性 1、尿路致病型大肠埃希氏杆菌(UPEC)的毒力岛2、肠致病性大肠埃希氏杆菌(EPEC) 和 肠出血性大肠埃希氏杆菌(EHEC)的毒力

6、岛1.尿路致病型大肠埃希氏菌毒力岛 (1)大小为58 170kb。 (2)能编码 - -溶血素溶血素I I、P相关菌毛(P-related fimbrial，Prf)和I型细胞坏死因子。 (3)两侧具有同向重复序列和或插入序列。 (4)各毒力岛都位于染色体的tRNA位点内； (5) G+Cmol%均比宿主菌染色体低。 (6)含有一些潜在的可移动成分1.尿路致病型大肠埃希氏菌毒力岛1.尿路致病型大肠埃希氏菌毒力岛Pai I:(70kb)selC intAhlyIDRDRPai II:(90kb)leuX intP4hlyIIDRDRprf1.尿路致病型大肠埃希氏菌毒力岛UPEC 536株的Pai

7、I和PaiII附近分别有静息的噬菌体R73和P4的整合基因，并且G+C mol%比宿主低，提示毒力岛或毒力岛的一部分来源于整合的前噬菌体(或其它可移动遗传成分)，后者称为“(Pai procursor)”或“(pre-Pais)”。2、EPEC和EHEC的毒力岛 EPEC和EHEC在致病过程中，都能产生特征性的组织病理学变化粘附和脱落损伤(attaching and effacing lesion)，简称为AE损伤 病菌附在宿主粘膜上皮细胞微绒毛信号转导系统膜蛋白Hp90的酪氨酸磷酸化肌醇磷酸和Ca2+浓度病菌粘附在细胞壁形成致密的纤维样肌动蛋白基座上皮细胞排列紊乱严重腹泻 位于EPEC和EH

8、EC染色体上一个大约35kb的区域，称为LEELEE(locus of enterocyte effacement)毒力岛.特点：插入在selC-tRNA处G+C mol%为39%其功能为和。 LEE毒力岛两侧没有发现重复序列(DR)和插入序列(IS)，这可能是LEE较其它毒力岛更稳定的原因。2、EPEC和EHEC的毒力岛 EPEC E2348/69菌株的LEE毒力岛全长35,624bp，预测共有至少分三个功能区： A.eae (E. coli attaching and effacing)基因区、 B.esps (E. coli secreted proteins)基因区 C.escs (E

9、. coli secretion)基因区III型分泌系统型分泌系统紧密粘附素紧密粘附素分泌性蛋白分泌性蛋白escRSTUcesDescCJescVNtircesTeaeespADBEPEC 2348/69菌株菌株LEE毒力岛示意图毒力岛示意图 A：紧密粘附素(intimin)： 由eae基因编码的一种外膜蛋白，作为粘附因子，介导细菌紧密粘附到宿主细胞上，并激活宿主细胞的信号转导系统B：Esps： 由esps基因编码，目前较清楚的有四种蛋白。C：Escs： 由escs基因编码，至少包括9种蛋白，共同组成III型分泌系统，将Esps等毒力因子分泌至细胞外或直接注入宿主细胞以启动信号转导。D：Ces

10、D和CesT： 分别由cesD和cesT基因编码，为分子伴侣蛋白(chaperone)耶尔森菌属至少有11个菌种，其中 鼠疫耶尔森菌 伪结核耶尔森菌 小肠结肠炎耶尔森菌 与致病关系较密切。 耶尔森菌强毒株具有的小鼠毒性特征取决于一个35kb的毒力岛，该岛不存在于弱毒株和无毒株，故称为(high pathogenicity island, HPI)。二、耶尔森菌属的毒力岛注：斜线前为毒力岛G+C mol%，斜线后为该毒力岛所在细菌染色体G+C mol%。二、耶尔森菌属的毒力岛 小肠结肠炎耶氏菌共有5个生物型，其中仅1B生物型为强毒株，而Yen HPI就仅存在于1B生物型，而不存在于非1B生物型。

11、： 小肠结肠炎耶氏菌Ye8081菌株中，Yen HPI全长43,393bp，大致可分为和两个区域。1、小肠结肠炎耶氏菌的HPI： 为GC富含区， 编码产物主要为参与耶尔森杆菌素的合成、调节和摄取IS1328 IS1329 cf13IS1400 cf15 cf14 cf16 cf17 cf18 cf19 cf20 DR17 asn int Birp9 irp8 irp7 irp6 ybt A irp2 irp1 fyu A irp5 irp4 irp3 Yen HPI的结构示意图的结构示意图可变区可变区功能核心区功能核心区HPI53： 为AT富含区1、小肠结肠炎耶氏菌的HPI小肠结肠耶尔森菌强毒

12、株Yen HPI携带与铁摄取有关的基因簇，包括耶尔森杆菌素(Ybt)的合成基因合成基因(irps)摄取基因摄取基因(fyuA)调节基因调节基因(ybtA)，组成耶尔森杆菌素介导铁摄取系统铁缺乏合成低分子量的夺取铁外膜受体(Psn/FyuA)等铁转运到菌体内细菌生长1、小肠结肠炎耶氏菌的HPI Yen HPI至少有4个重复序列(IS1328、IS1329、RS3、RS4)，它们。 左端15kb，。 Yen HPI两端为17bp的同向重复序列DR17，与天冬酰胺tRNA基因asnT-tRNA 3端不完全重复，与其紧邻的为灭活的整合酶基因intB。 因阅读框内单个碱基突变，导致intB过早出现终止密

13、码子而灭活，故。 2、鼠疫耶氏菌和伪结核耶氏菌的HPI Yps HPI是存在于鼠疫耶氏菌和伪结核耶氏菌01血清型染色体上的毒力基因簇，内含合成与摄取耶尔森杆菌素的基因及调节基因，行使铁摄取功能。色素沉着区色素沉着区5功能核心区功能核心区可变区可变区HPI3IS100hmsShmsFhmsRhmsHasnybtSintybtXybtQybtPybtAirp 2irp 1ybtUybtTybtEfyuAybt41ybt42ybt43ybt44ybt45ybt46ybt47IS1002、鼠疫耶氏菌和伪结核耶氏菌的HPI Yps HPI也是由两个区域组成： 只含1个插入元件IS100和另外几个功能未明

14、的编码序列。Yps HPI的结构示意图的结构示意图色素沉着区色素沉着区5功能核心区功能核心区可变区可变区HPI3IS100hmsShmsFhmsRhmsHasnybtSintybtXybtQybtPybtAirp 2irp 1ybtUybtTybtEfyuAybt41ybt42ybt43ybt44ybt45ybt46ybt47IS1002、鼠疫耶氏菌和伪结核耶氏菌的HPI Yps HPI比Yen HPI小，约35kb，可以10-5的频率发生完全缺失。 Yps HPI可以随意整合在3个asn-tRNA基因的任一处，而且其中的整合酶基因（int）完整，未被终止密码子干扰。2、鼠疫耶氏菌和伪结核耶氏

15、菌的HPI鼠疫耶氏菌与伪结核耶氏菌HPI的比较鼠疫耶氏菌和伪结核耶氏菌01血清型的HPI高度保守，但两者仍存在一些差异： 伪结核耶氏菌01血清型没有Pgm位点。 在鼠疫耶氏菌中，HPI不能发生精确切除 在伪结核耶氏菌01血清型中，HPI可被精确切除 幽门螺杆菌(H. pylori, Hp)是引起的重要病原菌，是胃癌的危险因素之一。 I型菌株含有1个约40kb的特殊基因片段，具有毒力岛的典型特征，称之为，负责编码(cytotoxin-associated protein, Cag A)等毒力因子。三、幽门螺杆菌的毒力岛1、cag毒力岛的结构 (1)存在于 弱毒株和无毒株中不存在或很少见(5%-1

16、0%的Hp菌株可发生cag毒力岛的部分缺失。) (2)含有。orf1orf14 orf15orf29cag Acag II IS605 cag I幽门螺杆菌幽门螺杆菌cagcag毒力岛的结构示意图毒力岛的结构示意图三、幽门螺杆菌的毒力岛(3)cag毒力岛的两侧为31bp的同向重复序列，在。orf1orf14 orf15orf29cag Acag II IS605 cag I三、幽门螺杆菌的毒力岛(4)cag毒力岛并，离最近的tRNA基因也相关数个kb，而是插入在谷氨酸消旋酶(glutamatase racemase)基因中。 其插入机制可能与其它已知的毒力岛不同(5)G+C mol%平均为35

17、%，低于Hp染色体DNA平均G+C mol%(38%45%)，提示 2、cag毒力岛的功能cag 毒力岛所编码的蛋白的功能可能包括(1)(2)(3) 3、cag毒力岛与细菌进化在Hp的进化中起重要作用。cag 毒力岛 33%Hp菌株含有一个8.1kb的质粒，其cag毒力岛的获得可促使空泡/细菌毒素vacA基因的进化 霍乱弧菌是引起霍乱的病原菌。 已知有200多个血清型，但只有 01群古典生物型 埃尔托生物型 O139群霍乱弧菌 能引起霍乱暴发流行。这些菌株带有毒力岛VPI(V. cholerae pathogenity island)。四、霍乱弧菌的毒力岛结构特点：（如下图示） VPI毒力岛大

18、小为39.5kb 主要包含aldA基因、tagAD基因簇、TCP基因簇和ACF基因簇。 G+C mol%为35%， (4749%)。attald A tag Atag Dx y 1 2 3 4TCP基因簇基因簇Toxt ACF基因簇基因簇irrt att aarA四、霍乱弧菌的毒力岛编码产物及功能:(toxin coregulated pilus, Tcp )(accessory colonization factor, Acf)等毒力因子。.毒力岛在细菌进化中的意义 1、毒力岛的获得与细菌毒力的进化 是细菌进化的主要推动力。 质粒、噬菌体或转座子的水平转移可能与新现病原菌的产生有关。六、毒力岛在细菌进化中的意义毒力岛在细菌毒力的进化中扮演更为重要的角色： (1)毒力岛； (2)毒力岛的结构特点决定了 (3)毒力岛： 毒力岛所携带的基因也 (4)某些致病 2、tRN