病原菌感染宿主的转录组学研究进展

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1、病原菌感染宿主的转录组学研究进展【关键词】感染病原菌与宿主的相互作用，是构成感染的基本因素。现代分子生物学的发展推动病原菌与宿主相互作用研究进入到了分子水平。应用基因芯片转录组学分析技术，可以对病原菌入侵宿主以及宿主的防御抵抗进行转录组学研究。从病原菌全基因组水平以及感染宿主的基因水平阐述病原菌与宿主之间的相互关系。阐明病原菌入侵以及宿主抵抗病原菌的分子机制，本文将对病原菌在感染宿主过程中的转录组学研究进展进行简要综述。1病原菌与宿主的相互作用细菌性感染的发生和发展是病原菌与宿主相互作用的结果。感染的本质是病原性细菌为达到在宿主内生存和繁殖的目的，与宿主的各种抵御因素发生相互作用

2、。在此期间，既有病原菌为逃避宿主防御机制而进行的适应，也有宿主为清除病原菌而调动防御体系的努力。从细菌的角度讲，由原寄生地侵袭到宿主时，环境中各种营养物质的含量、种类、温度、渗透压与酸碱度等因素的改变，以及宿主对细菌的抵抗，必然对细菌的生存施加巨大压力。为了生存，细菌能够快速敏感地监测环境中各种因素的变化，迅速地调节本身的结构，调节其生理、生命行为，达到适应新的环境，在宿主体内寄生，感染宿主目的。对于宿主来说，真核生物有着极其完善的信号转导系统，可以感知病原菌的侵入，启动严密的防御系统来抵抗病原菌的入侵。有些宿主还可以分泌一些杀菌素样的物质，导致病原菌不能在其体内生存，维持自身的

3、正常生理状态。病原菌与宿主相互作用研究一直是控制感染性疾病发生的一个关键环节。2细菌的基因芯片转录组学研究随着基因测序技术的发展与成熟，使得大量微生物基因组的序列测定完成。标志着基因组学的研究由结构基因组学进入了功能基因组学时期。转录组学研究是功能基因组学研究的一个重要手段。Velculescu和Kinzler等人于1997年首先提出转录组概念〔1〕。转录组学是从一个细胞中的基因组全部mRNA水平研究基因表达情况。转录组学研究作为一种宏观的整体论方法改变了以往选定单个基因或少数几个基因零打碎敲式的研究模式〔2〕，将基因组学研究带入了一个全新的高速发展时代。基因芯片转录组学研究是应

4、用全基因组芯片对不同条件下细菌的mRNA进行平行分析，可以获得细菌在不同条件下所发生的差异变化基因，从基因水平上揭示基因表达的差异。该技术的反应原理是通过对不同来源的mRNA进行逆转录，而后分别用不同颜色的荧光素标记成探针,探针混合后与芯片上的基因进行杂交,再通过扫描仪扫描，获得两份样品中RNA的相对丰度，结合已有生物信息学资源对数据进行生物学解读。基因芯片技术的发展，为研究病原菌与宿主相互作用提供了全新的研究机会。通过基因芯片转录谱分析细菌感染宿主表达谱的差异，可以在全基因组范围获得细菌为适应在宿主体内生长而表现的基因表达差异，通过对差异表达基因的生物信息学分析可以筛选到病原体

5、在体内存活必需表达的基因，预测与致病性密切相关的毒力基因。从而有助于进一步阐明致病菌的致病机制。芯片转录谱技术为大规模发现及鉴定病原菌致病基因提供了一个快速、有效的平台。3病原菌与宿主相互作用体外转录组学研究进展应用转录谱芯片进行病原菌与宿主相互作用研究经历了体外与体内两个阶段。首先是应用病原菌与感染宿主细胞在体外进行相互作用，通过体外细胞来模拟病原菌感染宿主的微环境，获得病原菌与宿主细胞之间的相互作用规律，从而间接反应病原菌入侵宿主的转录特征与分子作用机理。目前对多种病原菌与多种体外细胞包括上皮细胞、内皮细胞接触以及侵染多形核白细胞（PMNs）单核／巨噬细胞过程中基因表达变化进

6、行了体外转录组学研究。通过以上研究，发现了大量微生物的毒力相关基因，存活必须基因，以及在感染过程中细菌重要的酶类和转运蛋白相关基因等。阐述了病原菌在入侵宿主过程中的相关分子机理，为进一步控制感染的发生奠定了理论基础。世界人口的一半以上感染有幽门螺杆菌。其中只有20%的感染者会表现出临床症状。其原因可能在于感染不同类型的幽门螺杆菌以及感染宿主的不同反应。在对幽门螺杆菌致病机理的研究中，芯片转录谱技术被广泛应用。这些研究当中包括大量的幽门螺杆菌与胃上皮细胞共同作用后的转录谱研究〔3～6〕。例如Kim等通过对幽门螺杆菌与胃癌细胞AGS相互作用的研究结果表明〔7〕，在幽门螺杆菌与AGS细

7、胞相互作用后，幽门螺杆菌毒力岛相关基因，动力相关基因，外膜蛋白相关基因发生了转录水平的上调。而在转录下调的基因当中包括压力反应蛋白基因与过氧化物分解相关基因。研究结果表明上述基因在幽门螺杆菌粘附胃上皮细胞中发挥了重要作用，与其致病能力紧密相关。2007年10月薛建江等：病原菌感染宿主的转录组学研究进展第5期2007年10月河北北方学院学报（医学版）第5期细菌性脑膜炎是儿童最常见的死亡病因，脑膜炎奈瑟氏菌为脑膜炎的病原菌。Dietrich等对该细菌在侵入机体中所遇到的两个主要阶段进