上海交大歐竑宇研究組發(fā)展病原菌耐藥移動(dòng)元件的一鍵式分析軟件
近日，上海交通大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院、微生物代謝國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室歐竑宇研究組在分子生物學(xué)知名刊物Nucleic Acids Research上發(fā)表題為“VRprofile2: detection of antibiotic resistance-associated mobilome in bacterial pathogens”的研究論文。該論文報(bào)道了病原菌耐藥移動(dòng)元件一鍵式分析的新軟件VRprofile2，將有助于對多重耐藥區(qū)形成機(jī)制的研究，為遏制細(xì)菌耐藥性的傳播提供新的思路。生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院博士生王萌為該論文第一作者，歐竑宇教授為通訊作者。
細(xì)菌耐藥問題已經(jīng)成為全球公共健康領(lǐng)域的重大挑戰(zhàn)。臨床上常見的耐藥菌包括Enterococcus faecium?(屎腸球菌)、Staphylococcus aureus?(金黃色葡萄球菌)、Klebsiella?pneumonia?(肺炎克雷伯菌)、Acinetobacter baumannii?(鮑曼不動(dòng)桿菌)、Pseudomonas aeruginosa?(銅綠假單胞菌)、Enterobacter?species?(腸桿菌)和Escherichia coli?(大腸埃希菌)，它們統(tǒng)稱為ESKAPEE。這些耐藥菌富含種類繁多的可移動(dòng)遺傳元件，主要包括質(zhì)粒、整合性接合元件、基因組島、原噬菌體、整合子、轉(zhuǎn)座子和插入序列等。這些移動(dòng)元件序列約占整個(gè)細(xì)菌基因組長度的10-30%；該研究組率先提出了用“移動(dòng)基因組”?(mobilome) 來概述細(xì)菌移動(dòng)元件序列的重要性、復(fù)雜性和異質(zhì)性?(Ou, H.Y.,?et al., Nucleic Acids Research, 2005, 2006, 2007)。在ESKAPEE臨床分離株中，接合質(zhì)粒和整合性接合元件常攜帶多個(gè)獲得性耐藥基因，而這些耐藥基因的兩側(cè)常出現(xiàn)插入序列和轉(zhuǎn)座子等其它移動(dòng)元件，極易發(fā)生插入、缺失和重組等遺傳事件，進(jìn)而形成復(fù)雜的嵌合結(jié)構(gòu)。
針對ESKAPEE臨床株耐藥區(qū)結(jié)構(gòu)變異的分析需求，VRprofile新版本進(jìn)行了全新的算法設(shè)計(jì)和軟件實(shí)現(xiàn)。在算法設(shè)計(jì)方面，VRprofile使用“功能模塊為主，序列特征為輔”的方法，基于保守基因簇的共定位來識(shí)別整合性接合元件等復(fù)雜的移動(dòng)元件。VRprofile它在精準(zhǔn)識(shí)別不同移動(dòng)元件的基礎(chǔ)上，提出了評估單個(gè)細(xì)菌中可移動(dòng)基因組含量的指標(biāo)mV?(mobilome value)。在Web應(yīng)用方面，VRprofile采用交互式可視化的框架來提供三個(gè)特有的分析服務(wù)：(i) 一鍵式識(shí)別多種移動(dòng)元件以及毒力基因和耐藥基因，提供了>5500個(gè)ESKAPEE細(xì)菌移動(dòng)元件和mV的預(yù)計(jì)算結(jié)果；(ii) 可將識(shí)別結(jié)果與后臺(tái)數(shù)據(jù)庫MobilomeDB2收錄的一千多個(gè)活躍的耐藥移動(dòng)元件進(jìn)行結(jié)構(gòu)比對，輔助用戶解析多重耐藥區(qū)的結(jié)構(gòu)變異；(iii) 整合病原菌菌株分型和質(zhì)粒的不相容群和轉(zhuǎn)移潛力等預(yù)測功能，為用戶探討“菌型-質(zhì)粒-耐藥基因”的關(guān)聯(lián)性提供便捷的服務(wù)，例如下圖對碳青霉烯耐藥肺炎克雷伯菌的分析。
該項(xiàng)研究得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、上海市科委和上海交通大學(xué)醫(yī)工交叉等項(xiàng)目的資助。
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論文鏈接：
https://doi.org/10.1093/nar/gkac321
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