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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DNA片段。,PAI：病原菌的某个或某些毒力基因群，分子结构和功能有别于细菌基因组，但位于细菌基因组之间，因此称之为“岛”,部分病原毒力岛,毒力岛的特点,毒力岛形成过程在毒力岛形成
2、的过程中，质粒，噬菌体，以及其他可移动遗传元件在基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,重组或整合形成 毒力岛样结构域,可移动元件 形成毒力岛,毒力岛基因 诱导表达,毒力岛 进化完善,图 毒力岛形成的流程图,2,3,4,5,6,7,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,毒力岛,耶尔森菌,大肠杆菌,8,1,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G+Cmol%、密码使用和宿主细菌染色
3、体有明显差异,有的比宿主细胞的G+Cmol%明显高,有的明显低。,(3)毒力岛往往位于细菌染色体的tRNA基因位点内或附近,或者位于与噬菌体整合有关的位点,肠致病性大肠杆菌(EPEC)的LEE毒力岛就位于转运RNAselC位点。,例外：,幽门螺杆菌 cag毒力岛既不插入tRNA附近也不与噬菌体整合位点,毒力岛基本特征,(5)毒力岛编码的基因产物许多是分泌性蛋白和细胞表面蛋白 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)一种病原菌可以有一个或几个毒力岛。,(7)毒力岛可能与新发现的病原性细菌有关。,鼠伤寒沙门菌有5
4、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: 高G+C毒力岛小肠结肠炎耶尔森菌的毒力岛 低G+C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
5、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 (conjugation-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,1,2,3,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
6、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)的毒力岛,一、大肠杆菌的毒力岛,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,1.尿路
7、致病型大肠埃希氏菌毒力岛,UPEC 536株的PaiI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“毒力岛的前体(Pai procursor)”或“前毒力岛(pre-Pais)”。,2、EPEC和EHEC的毒力岛,AE损伤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 AE损伤特征：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Ca
8、2+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,决定AE损伤的基因位于EPEC和EHEC染色体上一个大约35kb的区域，称为LEE(locus of enterocyte effacement)毒力岛.特点： 插入在selC-tRNA处 G+C mol%为39% 其功能为编码III型分泌系统和介导AE损伤。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。,LEE毒力岛,2、EPEC和EHEC的毒力岛,EPEC LEE毒力岛结构与功能,EPEC E2348/69菌株的LEE毒力岛全长35,624bp， 预测共有41
9、个开放阅读框 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. coli secretion)基因区,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：
10、CesD和CesT：分别由cesD和cesT基因编码，为分子伴侣蛋白(chaperone),二、耶尔森菌属的毒力岛,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。 强毒力岛：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，故称为强毒力岛(high pathogenicity island, HPI)。,二、耶尔森菌属的毒力岛,耶尔森菌属毒力岛及其特点,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,1、小肠结肠炎耶氏菌的强毒力岛(HPI),小肠
11、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。 结构特点：小肠结肠炎耶氏菌Ye8081菌株中，Yen HPI全长43,393bp，大致可分为功能核心区和可变区两个区域。,1、小肠结肠炎耶氏菌的HPI,结构特点： (1)功能核心区：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,(2)可变区：为AT富含区,1、小肠结肠炎耶氏菌的HPI,功能： 小肠结肠耶尔森菌强毒株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(irps) 摄取基因(fyuA) 调节基因(ybtA)，组成耶尔森杆
12、菌素介导铁摄取系统铁缺乏小肠结肠耶尔菌强毒株HPI合成低分子量的高铁螯合物铁载体Ybt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,稳定性：,Yen HPI至少有4个重复序列(IS1328、IS1329、RS3、RS4)，它们可能与毒力岛的稳定性有关。左端15kb，毒力岛的大部分是保守的。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过早出现终止密码子而灭活，故Yen HPI似乎比Yps HPI稳定。,2、鼠疫耶氏
13、菌和伪结核耶氏菌的HPI,结构特点：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。,2、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： 功能核心区 可变区只含1个插入元件IS100和另外几个功能未明的编码序列。,Yps HPI的结构示意图,2、鼠疫耶氏菌和伪结核耶氏菌的HPI,Yps HPI比Yen HPI小，约35kb，不如Yen HPI稳定，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
14、密码子干扰。,2、鼠疫耶氏菌和伪结核耶氏菌的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： (1)HPI在染色体上的定位不同：伪结核耶氏菌01血清型没有Pgm位点。(2)HPI的切除或缺失的结局不同：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,三、幽门螺杆菌的毒力岛,cag 毒力岛幽门螺杆菌(H. pylori, Hp)是引起胃炎和消化性溃疡的重要病原菌，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cag毒力岛，负责编码细胞毒素相关
15、蛋白(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)存在于致病菌株弱毒株和无毒株中不存在或很少见(5%-10%的Hp菌株可发生cag毒力岛的部分缺失。)(2)含有编码细菌毒力的基因簇。,幽门螺杆菌cag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cagA-菌株的染色体上也存在一个同样的拷贝。,三、幽门螺杆菌的毒力岛,(4)cag毒力岛并未插入在任何tRNA基因处，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 ra
16、cemase)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%，低于Hp染色体DNA平均G+C mol%(38%45%)，提示毒力岛可能是从外界获得的。,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)介导Hp与宿主细胞粘附 (2)诱导宿主细胞信号转导 (3)构成分泌系统,3、cag毒力岛与细菌进化,cag毒力岛的获得及随后的染色体重排在Hp的进化中起重要作用。 cag 毒力岛两端具有重复序列的插入元件 33%Hp菌株含有一个8.1kb的质粒，其G+Cmol%与cag毒力岛非常接近 cag毒力岛的获得可促使空泡/细菌毒素vacA基因的进化,
