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科研进展 | 微生物代谢国家重点实验室 发展病原菌耐药移动元件的一键式分析软件

主要完成人: 发表日期:2022-05-08 点击数:2210

   近日,上海交通大学微生物代谢国家重点实验室欧竑宇教授课题组在分子生物学知名刊物《Nucleic Acids Research》上发表题为VRprofile2: detection of antibiotic resistance-associated mobilome in bacterial pathogens的研究论文。该论文报道了病原菌耐药移动元件一键式分析的新软件VRprofile2,将于对多重耐药区形成机制的研究,为遏制细菌耐药性的传播提供新的思路。上海交通大学博士生王萌为该论文第一作者,欧竑宇教授为通讯作者。

 

      细菌耐药问题已经成为全球公共健康领域的重大挑战。临床上常见的耐药菌包括Enterococcus faecium (屎肠球菌)Staphylococcus aureus (金黄色葡萄球菌)Klebsiella pneumonia (肺炎克雷伯菌)Acinetobacter baumannii (鲍曼不动杆菌)Pseudomonas aeruginosa (铜绿假单胞菌)Enterobacter species (肠杆菌)Escherichia coli (大肠埃希菌),以上统称为ESKAPEE。这些耐药菌富含质粒、整合性接合元件、基因组岛、原噬菌体、整合子、转座子和插入序列等种类繁多的可移动遗传元件,元件序列约占整个细菌基因组长度的10-30%,并且该课题组率先提出了用“移动基因组”(mobilome)来概述细菌移动元件序列的重要性、复杂性和异质性。ESKAPEE临床分离株中,接合质粒和整合性接合元件常携带多个获得性耐药基因,而这些耐药基因的两侧常出现插入序列和转座子等其它移动元件,极易发生插入、缺失和重组等遗传事件,进而形成复杂的嵌合结构。

      针对ESKAPEE临床株耐药区结构变异的分析需求,VRprofile新版本进行了全新的算法设计和软件实现。在算法设计方面,VRprofile使用“功能模块为主,序列特征为辅”的方法,基于保守基因簇的共定位来识别整合性接合元件等复杂的移动元件。VRprofile在精准识别不同移动元件的基础上,提出了评估单个细菌中可移动基因组含量的指标mV (mobilome value)。在Web应用方面,VRprofile采用交互式可视化的框架来提供三个特有的分析服务:①一键式识别多种移动元件以及毒力基因和耐药基因,提供了>5500ESKAPEE细菌移动元件和mV的预计算结果;②可将识别结果与后台数据库MobilomeDB2收录的一千多个活跃的耐药移动元件进行结构比对,辅助用户解析多重耐药区的结构变异;③整合病原菌菌株分型和质粒的不相容群和转移潜力等预测功能,为用户探讨“菌型-质粒-耐药基因”的关联性提供便捷的服务,例如下图对碳青霉烯耐药肺炎克雷伯菌的分析


 
    上述研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、上海市科委上海交通大学医工交叉等项目资助。