上海交大歐竑宇研究組發(fā)展病原菌耐藥移動元件的一鍵式分析軟件
近日，上海交通大學生命科學技術學院、微生物代謝國家重點實驗室歐竑宇研究組在分子生物學知名刊物Nucleic Acids Research上發(fā)表題為“VRprofile2: detection of antibiotic resistance-associated mobilome in bacterial pathogens”的研究論文。該論文報道了病原菌耐藥移動元件一鍵式分析的新軟件VRprofile2，將有助于對多重耐藥區(qū)形成機制的研究，為遏制細菌耐藥性的傳播提供新的思路。生命科學技術學院博士生王萌為該論文第一作者，歐竑宇教授為通訊作者。
細菌耐藥問題已經成為全球公共健康領域的重大挑戰(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遺傳元件，主要包括質粒、整合性接合元件、基因組島、原噬菌體、整合子、轉座子和插入序列等。這些移動元件序列約占整個細菌基因組長度的10-30%；該研究組率先提出了用“移動基因組”?(mobilome) 來概述細菌移動元件序列的重要性、復雜性和異質性?(Ou, H.Y.,?et al., Nucleic Acids Research, 2005, 2006, 2007)。在ESKAPEE臨床分離株中，接合質粒和整合性接合元件常攜帶多個獲得性耐藥基因，而這些耐藥基因的兩側常出現插入序列和轉座子等其它移動元件，極易發(fā)生插入、缺失和重組等遺傳事件，進而形成復雜的嵌合結構。
針對ESKAPEE臨床株耐藥區(qū)結構變異的分析需求，VRprofile新版本進行了全新的算法設計和軟件實現。在算法設計方面，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別整合性接合元件等復雜的移動元件。VRprofile它在精準識別不同移動元件的基礎上，提出了評估單個細菌中可移動基因組含量的指標mV?(mobilome value)。在Web應用方面，VRprofile采用交互式可視化的框架來提供三個特有的分析服務：(i) 一鍵式識別多種移動元件以及毒力基因和耐藥基因，提供了>5500個ESKAPEE細菌移動元件和mV的預計算結果；(ii) 可將識別結果與后臺數據庫MobilomeDB2收錄的一千多個活躍的耐藥移動元件進行結構比對，輔助用戶解析多重耐藥區(qū)的結構變異；(iii) 整合病原菌菌株分型和質粒的不相容群和轉移潛力等預測功能，為用戶探討“菌型-質粒-耐藥基因”的關聯性提供便捷的服務，例如下圖對碳青霉烯耐藥肺炎克雷伯菌的分析。
該項研究得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、上海市科委和上海交通大學醫(yī)工交叉等項目的資助。
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論文鏈接：
https://doi.org/10.1093/nar/gkac321
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