第二十二卷 第六期 - 2012年六月二十二日 PDF
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海洋致病菌創傷弧菌的比較基因體學分析
陳中庸,1 吳克銘,1 張佑誠,2 張傳雄,3 蔡惠琦,1 廖彩蓮,1 劉彥明,1 陳相如,1 沈柏廷,4 李建全,1 蘇特立,1 邵長平,5 李俊德,5 何漣漪,5* 蔡世峰1,3,4
1國家衛生研究院分子與基因醫學研究組
2工業技術研究院生醫工程中心
3國立陽明大學遺傳學研究所及
4基因體研究中心
5國立成功大學微生物及免疫學研究所
 
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傷弧菌是生存於海水中的致病菌,能藉著傷口和汙染的海鮮食物感染人類,特別是有嚴重慢性肝病如肝硬化和肝癌的病人,造成嚴重的皮膚病變甚至致死性的敗血症。想了解這隻病菌是如何造成如此厲害的感染症,就必須找出此菌造成感染的動物(如小鼠)生病甚至死亡的成分或產物。這樣的研究受限於現有的生化學或遺傳學技術即使是最尖端的方法,也無法全面涵蓋菌體的成分或產物,以至於進展甚為緩慢。2003年,陽明大學蔡世峰教授領導的基因體定序團隊與我們合作,完成了本土創傷弧菌菌株YJ016的全基因體定序,這也是在國內完成的第一個全基因體序列。圖一所顯示的是根據此菌之序列,進一步以生物資訊分析預測其中所含之開放閱讀架(ORF,相當於一個基因),並將各ORF與已知各種生物細胞所含之基因進行序列比對後所得到的結果。這個研究的成果讓我們得知創傷弧菌和其它弧菌屬致病菌如霍亂弧菌或副溶血弧菌(又稱腸炎弧菌)一樣,含有一大(由約三百四十萬鹼基對所組成,含約3300個ORFs)一小(由約一百八十五萬鹼基對所組成,含約1700個ORFs)兩個染色體(YJ016菌株另外還攜帶了一個後來我們研究發現與致病性和抗藥性無關的質體)。我們更進一步在此菌的染色體中發現與莢膜生成、奪鐵能力、細胞毒素(圖二)等與致病力相關的基因。之後,幾個國內外實驗室相繼從這個基因體序列找出可能與此菌之致病力相關的基因,並進一步以實驗方法確認其與此菌對小鼠的毒力之相關性。

本研究中也將此菌之全基因體序列與霍亂弧菌和副溶血弧菌兩者的基因體序列進行比對,期能一窺弧菌屬細菌如何演化成各具不同致病性的菌種。我們發現這三種弧菌透過活躍的染色體內和染色體間的序列重組演變成不同的基因體,且小染色體在這三種弧菌中多樣化的程度較大染色體高得多。與疾病形成相關的基因多存在於小染色體中,很可能是藉著細菌極強的基因移轉功能,從其它的生物細胞獲得的。就基因體的大小與相似基因的相對位置來看,副溶血弧菌較霍亂弧菌與創傷弧菌更相近。

此外,創傷弧菌基因體中約有34%基因的功能全然未知,其中大部分為創傷弧菌所特有,表示此菌仍有許多獨特的功能等待我們去探索。期待透過這些研究能讓我們更全面的了解此菌的致病性。
圖一、創傷弧菌YJ016菌株的染色體特徵。根據此菌之全基因體DNA序列,歸納出此菌含有兩個環形染色體。由外到裡,各圈之含意如下:第一與第二圈,開放閱讀架,該基因可能的功能屬性以代表的顏色標出;第三圈,局部G + C鹼基百分比相對於染色體此值之平均值;第四圈,(G-C)/(G + C);第五圈,超級插卡區域(superintegron)以及噬菌體相關、繖毛合成、致病性相關等基因;第六圈:tRNA基因;第七圈:rRNA基因。

圖二、創傷弧菌YJ016菌株的rtx基因組。以生物資訊分析法在此菌的全基因體DNA序列中所找到與霍亂弧菌大染色體 (VC1) 上的rtx基因組有高相似度的基因或基因組。其中,位於創傷弧菌小染色體(VV2)上的VVA1030-VVA1036基因組在DNA序列和基因組織上與霍亂弧菌rtx基因組的相似度最高,其後亦証實此基因組與此菌在小鼠的毒力密切相關。
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