结核分枝杆菌基因组学

Cole et al. (1998) Nature 393: 537-544
The Structure of DNA
Figure 1. Schematic diagram of sequencing strategy used by the publicly funded Human Genome Project. The DNA was cut into 150 Mb fragments and arranged into overlapping contiguous fragments. These contigs were cut into smaller pieces and sequenced completely.
结核分枝杆菌基因组学
黄 海荣
国家结核病参比实验室
提
纲
一、结核分枝杆菌基因组总论
二、目前一些相关实验室技术的遗传学背景
1 基因分型技术
2 耐药的分子生物学诊断
3 新近的新疫苗、免疫诊断技术\
Genome of M. tuberculosis
MoreThan 4,000 genes Maps of other spp. nearly identical
结核分枝杆菌的基本特征
H37Rv的全基因组由4 411 529个碱基组 成，大约包括4000个基因，G＋C含量高达65.6%， 表明结核分枝杆菌蛋白质在氨基酸组成上存在偏 向性。H37Rv基因组中基因分布密度是平均1.1Kb 长度有一个基因，这一数值与大多数原核生物的 基因密度接近。与其他快生长的细菌如枯草杆菌 不同的是：H37Rv基因方向没有明显的偏向性， 59%的基因转录方向与复制叉移动方向相同，而 这一数值在枯草杆菌为75%。
• coded in the same direction •adjacent to one another
•transcribed/expressed together
Why predict operons? Knowing the operons of a genome helps researchers better understand its organization. If researchers know how one of the genes in the operon functions, they can be confident that the other genes in the operon function in a similar manner. A better understanding of the M. tuberculosis genome will lead to better treatment.
更好的了解疾病的发病机制 开发新型的更为有效的治疗措施
开发或改良疫苗
How to find function?
1. Multiple sequence alignment
• Conserved Asp and Glu residues
2. “Unknowns”
Rv2874 (Ds源自文库D) – EM domain
在 H37Rv基因组中已发现约 4000个开放 阅读框，约占细菌编码能力的 91 ％。通过
数据比较，现已确定了约40%的结核杆菌蛋
白的功能；另有44%的蛋白与其他蛋白有相
似性或可以获得其功能相关信息；剩余的
16%的蛋白与其他已知蛋白没有相似性，可 能是分枝杆菌特有的功能蛋白。
为什么要研究基因功能?
根据结核分枝杆菌基因组中存在插入序列 IS6110的数目和位置不同，利用限制性内切酶 切割IS6110上相应位点并电泳分离，可以得到 类似指纹（Fingerprinting）样的特征性条带， 这些条带被称为IS6110 RFLP DNA指纹，该项 技术为研究结核分枝杆菌基因分型奠定了基础。
Chromosome of Mycobacterium tuberculosis Hypothetical Strain X and Genotyping of M. bovis Bacille Calmette–Gué rin (BCG), the M. tuberculosis Laboratory Strain H37Rv, and Strain X on the Basis of IS6110 Insertion Sequences and Mycobacterial Interspersed Repetitive Units (MIRUs).
序列(mycobacterial
interspersed
repetitive
unit,MIRU),直接重复序列(Direct repeat,DR)。
IS6110 RFLP DNA fingerprinting
IS6110属于IS3家族。IS6110是结核杆菌基因组 中最常见的IS序列，也是目前研究比较清楚的 IS序列。在不同株细菌中，IS6110的拷贝数变 化很大，从0个到超过25个，这种差别是利用IS 6110进行菌型鉴定的基础。
Figure 2. Schematic diagram of sequencing strategy used by Celera. The DNA was cut into small pieces and sequenced completely. These fragments were organized into contigs based on overlapping sequences.
M. tuberculosis genome sequence
常用的基因分型技术的遗传学背景
RFLP Spolgotyping
MIRU-VNTR
基因组中的重要的结构序列-- 重复序列
结核杆菌基因组中存在重要的重复序列:插入序列
(insertion sequence, IS)，以及分枝杆菌分散重复
Rv1347c – acyltransferase
Rv2238c – AhpE
Pa2754 = Rv1720c
Pa2307 = Rv3735
Pa1218 = Rv0820
What is an operon?
An operon is a set of genes that are:
•located on the same DNA strand