单核细胞增生李斯特菌分子分型研究及CRISPR/Cas系统解析

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―民以食为天,食以安为先‖,食品安全一直都是备受关注的焦点。控制食品污染和食源性疾病的发生是全球公共卫生工作的优先重点战略领域。统计数据表明,食源性致病菌是引发食源性疾病最主要因素。流行病学监测数据表明,当今世界食源性感染类疾病的发病率持续上升,引发食源性感染的致病菌也多种多样,除我们熟知的肠道病原菌外,近年来一种致病力强、致死率高的新型致病菌肆虐肉、奶、蔬菜水果等各种食品,给民众日常生活带来巨大安全隐患,给食源性感染疾病的预防控制带来巨大挑战。如何对食源性致病菌做出快速鉴定及追溯传染源是控制食源性疾病发生和蔓延的关键。随着对细菌感染研究的日益深入,传统的细菌鉴定技术已不能很好地满足细菌感染的诊断和流行病学溯源的需要,从型、亚型、株乃至分子水平上去鉴别细菌变得愈来愈重要。同时,迫切需要对食源性致病菌适应复杂食品加工环境及逃避宿主免疫系统的分子机制进行深入地研究,以便寻找合适的清除和防治手段。本文基于食品工业领域中的各种微生物安全问题,以新型高致死率食源性致病微生物——单核细胞增生李斯特菌为研究对象,研究其在我国食品中的流行状况包括不同类型食品中的流行现状及耐药现状,并开发快速鉴定和溯源方法。同时针对一种新近发现的自身免疫防御系统——CRISPR/Cas系统,研究其在单核细胞增生李斯特菌不同毒力株中的存在状态和可能的防御范围,考察该系统对单核细胞增生李斯特菌在食品工业中蔓延的贡献,从而为预防和消除由单核细胞增生李斯特菌引起的各种食品安全隐患提出前瞻性地科学方法。具体的研究内容和结果如下:1)通过对我国中东部15个省(直辖市)近13年食品污染物主动监测结果的统计分析发现,单核细胞增生李斯特菌的检出率(6.37%),明显高于最常见的沙门氏菌(5.29%)和副溶血弧菌(5.91%),成为我国头号食品污染菌,肉类和速冻米面食品是该菌污染的重灾区,是食品冷链运输和食物保鲜中的重大安全隐患。2)对90株河北省6大类食品中检出的单核细胞增生李斯特菌血清型、耐药性及耐药基因的检测发现,河北地区食品中污染的主要血清型别是1/2a型,对11种抗生素产生了不同程度的耐药,其中对3种二线抗生素——环丙沙星(15.56%)、四环素(12.22%)和链霉素(11.11%)的耐药率最高;此外,首次发现了一线抗生素——青霉素的耐药株。四环素耐药主要是由转座子Tn916携带的tet(M)基因介导的(9/14),具有在食源性致病菌中广泛散播四环素耐药性的巨大潜能,是食品安全的高危险因子。3)基于基因组和脂肪酸两种生物标志,运用PFGE基因指纹图谱技术和脂肪酸甲酯指纹图谱技术对90株河北省食品分离株进行同源性分析。发现河北省6大类食品中主要分为12个大的单核细胞增生李斯特菌流行克隆,C3(1/2c, T, Fa3)克隆是最大的流行克隆株,在5个城市检测点检出。生肉类和速冻米面食品受到了多种不同流行克隆株的交叉污染。耐药基因捕获是菌株趋异进化的一个重要因素。在实际应用中两种分型方法相结合,利用脂肪酸分型迅速及高通量、自动化及PFGE分型的准确性,将更快更好地进行流行病学调查和追踪溯源。4) L.monocytogenes基因组中总计发现3个相对固定的CRISPR结构插入位点(LMaLMb,LMc),分别插入了3种不同的CRISPR系统:CRISPR RliB(Listeria属特有)、CRISPR I-B、CRISPR II-A。三个位点的活性由强到弱依次是LMc>LMb>LMa,插入的先后顺序依次为LMa> LMb> LMc。单核细胞增生李斯特菌的CRISPR阵列排布呈现显著的谱系特异性,谱系II和I菌株的CRISPR结构在进化早期呈现一定的同源性,提示它们可能由同一个祖先趋异进化而来。同源性分析表明,L.monocytogenes的CRISPR-Cas系统目前最主要的功能是防御噬菌体的攻击;此外还可能与毒力和耐药性相关;在部分(53.66%)含有LMb位点的阵列中还分别发现了靶向自身内源调控基因——aadB(编码解旋酶B亚基)和dgc(编码第二信使——环二鸟苷酸的合成酶基因)的spacer序列和较长片段的cas1编码基因,更表明L.monocytogenes的CRISPR I-B系统很可能参与调节基因重组及生物被膜的形成等与环境适应性紧密相关的生理活动。三个CRISPR系统趋异进化趋势与侵染毒力和环境适应能力的正相关性表明,L.monocytogenes流行株正向具有更强环境适应能力的高毒力株进化,需要引起我们高度的重视。
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