幽门螺杆菌的基因组研究

人幽门螺杆菌基因组研究概述

发布时间02年09月10日 16时13分

第三军医大学检验系临床微生物及免疫学教研室 邹全明 郭 刚


随着人类基因组计划的启动和实施，作为模式生物的微生物基因组研究得到了快速发展。幽门螺菌（Helicobacter pylori, Hp）是一重要病原微生物，它的基因组研究在一开始就被作为重要的突破口。1997年由Jcan-F Tomb等人顺利完成26695菌株全基因组的测序工作。1999年又由Richard A,Alm等人完成了J99菌株的测序工作。经对26695和J99基因组的比较，发现二者在基因组结构、基因顺序和编码蛋白组方面都具有极高的相似性，每一个菌株只有6%-7%的特异性基因，而且其中一半是聚簇在一段高变区。

1 幽门螺杆菌基因组

1.1 基因组基本特点 Hp26695株的全基因组大约由1667867对碱基组成，包含在一个环状染色体上。G+C百分含量平均值为39%。在整个基因组中有5个区段的G+C百分含量明显不同。其中两段包含一个或多个插入序列IS605的拷贝，一端是5SrRNA序列，另一端附近则是一段521bp的重复序列。这两个区段包含了DNA加工的基因，Hp基因组中另一个重要区段是Cag毒力岛（PAI），位于31bp同向重复序列的一侧，表明它是侧向转移的产物。

1.2 RNA和重复元件 Hp基因组中包含有36种tRNA，由7个基因簇和12个单拷贝基因组成。核糖体RNA基因由两套独立的23S-5SrRNA基因、两套独立的16s rRNA基因和一个5S基因组成。此外基因组中包含一条结构RNA基因。与每一个23S-5S rRNA基因簇相连的是一般6kb的重复序列，它可能包含着一个与现有蛋白数据库无同源性的5种蛋白开放阅读框的操纵子结构。在染色体中发现有8个重复序列家族，同源性在于97%，长度从0.47kb到3.8kb不等。

1.3 复制的起点 作为一种典型真细菌（eubacteria）其复制起始点尚不明确，暂且随机指定（AGT-GATT）26重复序列起始部位的一碱基对作为复制的起点。 个重复序列在所有阅读框架中构成翻译的终止密码，它不可能包含任何编码序列。

1.4 开放阅读框架 Hp基因组中具有1590个左右的编码序列。通过与现有蛋白数据库的比较分析，可推测其中1091个编码序列具有明确的生物学作用。所有编码基因平均长度为945bp，与其它原核生物相似。经计算，Hp超过70%的编码蛋白的等电点大于7.0，而流感嗜血杆菌和大肠杆菌只有40%，Hp编码的碱性氨基酸（精氨酸和赖氨酸）是流感嗜血杆菌和大肠杆菌的两倍。这种基因构成也反映出Hp在胃酸环境中的高度适应性。

1.5 平行基因家族 Hp基因组中共有95个平行基因家族，由266个基因产物组成，约占总编码基因的16%。其中67个家族总共编

码的173种蛋白具有确定的生物学意义。64个家族仅由2个基因组成，而孔蛋白/粘附素样外膜蛋白家族作为最大的家族包含32种编码蛋白，分别属于细胞壁、运输结合蛋白以及与复制关的蛋白。如此多的细胞壁蛋白。如此多的细胞壁蛋白数量反映出要么是精简的生物合同能力，要么是为适应胃环境挑战的一种需要。

2 幽门螺杆菌主要功能基因特点

2.1 细胞分裂与蛋白分泌相关基因 Hp的基因组成反映出它在复制的基本机制、细胞的分裂和蛋白的分泌方面与流嗜血杆菌和大肠杆菌具有一定的相似性。然而，也应该注意到它们在 些方面存在着重要差异。例如，Hp基因组中明显缺失编码Dnac、Minc和分泌型陪伴蛋白SccB的直向源基因。在复制起始的C型引物复合体形成过程中，DnaB和DnaC蛋白组成一种B-C复合体，再结合于DnaB解旋酶促进引物复合物的形成。在Hp基因组中DnaC的明显缺失提示要么存在一种全新的结合BnaB的机制，要么存在一种相似性极低的DnaC同源物。

2.2 重组、修复与限制性系统相关基因 在Hp中存在着同源重组系统以及复制后修复、错配、切除和双倍转录修复系统。此外，它还具有与DNA糖基化酶相似的基因。该酶与AP核酸内切酶的活性相关。然而Hp缺少介导同源同组和双链断裂修复的RecB-CD通及有关重组过程中DNA链交换的RccT和RecE直向同源蛋白。

2.3 转录与翻译相关基因 虽然从基因组构成上看，Hp与大肠杆菌的基本转录和翻译机制比较相似，但也存在着令人关注的差异。比如, 在Hp中就缺少有关催化tRNA成熟的基因。在三种的有关mRNA降解的RNA酶中，Hp只有多聚核糖核苷酸磷酸化酶。蛋白质生物合成过程中需要近20种tRNA合成酶，在Hp基因组中只存在编码其中18种酶的二十一种基因。

2.4 粘附与适应性抗原变异相关基因 绝大多数细菌都具有对特异组织和特定类型细胞的趋向性并通过数种不同的粘附机制来进行附着，Hp同样也具有至少5种方式粘附到胃上皮细胞。其中这一是HpaA（Hp0797）。已确认它是鞭毛鞘壳和外膜中的一种脂蛋白。除了HpaA之外，目前另外尚确定有19种脂蛋白，虽然大多数功能尚不明确，但其中有一些极可能和细菌的粘附能力有关。

2.5 毒力相关基因 Hp的毒力决定于其产生细胞毒相关蛋白（CagA）和空泡毒素（VacA）的能力。一个毒力岛包含有诱导胃上皮细胞产生IL-8的基因。虽然CagA基因并不是一个毒子决定因子，但它定位于毒力岛的一端。Hp26695分离株具有较高的毒力，因此它也包含了一个单独相连的毒力岛区域。

3 结语

目前对Hp全基因组序列的分析已使人们对Hp的致病性、耐酸性、抗原变异

和微需氧特性有了深入的了解，当许多位点的等位基因多态性已被证明与疾病表征相关后，对Hp的遗传多态性进行更广泛的评估就显得更重要了。关于Hp与人类宿主的分子拟合性现在也能进行全面研究了。通过基因组研究还能确定许多新的毒力因子，从而发现新的有关初始定植、持续感染引起胃十二指肠疾病的机制。

我国人群中Hp感染率为50%-60%，属于Hp相关疾病的重灾区。然而，目前仅有对我国Hp临床分离株亚单位（UreB、HspA、HpaA等）基因克隆的报道，如吴超等研究发现，中国重庆Hp分离株UreB基因序列与国际26695株的同源性为96.4%，推定氨基酸的同源性为99.65%。为了更加有效减小及消除Hp对人民健康的危害，我们应当启动系统研究中国Hp菌株的基因组及后基因组计划。


摘自：《国外医学临床生物化学与检验学分册》2002年第23卷第2期