大肠杆菌O-抗原血清型鉴定研究进展

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928 中国人兽共患病学报 Chinese J ourna1 of Zoonoses 2016,32(10) 

DOI:10.3969/j.issn.1002—2694.2016.010.015 

大肠杆菌。一抗原血清型鉴定研究进展 

刘璨颖,张济培,王丙云 

摘 要:大肠杆菌在一定条件下能引发宿主疾病,其表面0一抗原与毒力有关。()_抗原的化学组成和结构具有高度多样 性,并且()_抗原血清型种类与大肠杆菌致病性有一定联系。因此,大肠杆菌0一抗原血清型鉴定对流行病学调查,防御和控制 致病性大肠杆菌病有重要意义。传统的血清学分型方法耗时长、费用高、准确度不理想。随着科学技术的发展,研究者对大 肠杆菌196种O一抗原基因簇进行了破译,比较分析了不同0一抗原基因簇序列,并针对基因簇中特异性DNA序列设计分子标 记,运用PCR方法对0一抗原血清型进行分型,其中包括一般PCR、多重PCR、实时PCR、DNA芯片和微球悬浮列阵法。此外, 还有rbf~限制性片段长度多态性分析法,磁性微球免疫分析法和基于全基因组序列预测法,这些方法丰富了0一抗原血清型鉴 定方法,弥补了传统血清学分型方法的不足。本文概述了0一抗原合成基因簇序列和0一抗原血清型鉴定方法相关研究进展。 关键词:大肠杆菌;0一抗原;血清型分型 中图分类号:Q939 文献标识码:A 文章编号:1002—2694(2016)10—0928—06 

Research progress on identification of Escherichia coli 0・antigen serogroups 

LIU Can—ying,ZHANG Ji—pei,WANG Bing—yun 

(Department of Veterinary Medicine,College of Life Science,Foshan University,Foshan 528231,China) 

Abstract:Escherichia coli could cause diseases under certain conditions,()_antigens contribute to the virulence of E.coli. The chemical composition and structure of 0一antigen on the surface of E.coli have high diversity,while specific O—antigen se— rotype have some connections with certain pathogenicity of E.coli.Thus,identification of O—antigen serotypes is important for epidemiological studies and control of diseases caused by pathogenic E.coli.The traditional serological typing method is time— consuming,expensive and inaccurate.With the development of science and technology。1 96 O—antigen synthesis gene clusters of E.coli were sequenced,different 0一antigen synthesis gene clusters were compared and analyzed,and molecular markers for specific DNA sequences were designed.PCR method was applied for serotyping O—antigens,including single PCR,multiple PCR,real—time PCR,DNA microarray and microbead—based suspension array.Besides,restriction of the amplified 0一antigen gene cluster,microbead—based immunoassay and whole genome sequencing were also used for serotyping O—antigens.These methods would enrich the identification method of E.coli 0一antigen serogroups and make up the deficiency of traditional sero— logical typing method.This review focuses on the research progress about O—antigen synthesis gene cluster and O—antigen sero— type identification methods. Keywords:Escherichia coli;O—antigen;serotype 

Supported by the project of the Young Creative Talents in Universities in Guangdong Province(No.201 5KQNCX1 73) Corresponding author:Wang Bing—yun,Email:bywang63@163.corn 

大肠杆菌广泛存在于自然界中,致病性大肠杆 

菌是一类重要的人兽共患病病原菌,依据致病特性 分为肠内致病性和肠外致病性大肠杆菌。肠内致病 

性大肠杆菌能分泌毒素,引发宿主水样、血样腹泻, 

甚至导致全身性临床症状,如溶血尿毒症和肾神经 

广东普通高校青年创新人才项目(No.2015KQNCX173) 通讯作者:王丙云,Email:bywang63@163.CON 作者单位:佛山科学技术学院,佛山 528231 后遗症。肠外致病性大肠杆菌能侵袭并定殖于宿主 

胃肠道外组织,并诱发感染,包括脑膜炎、败血症、泌 

尿道感染和呼吸道感染等。大肠杆菌菌株间差异 

大,常按照种系发育群、生物表型、致病特性、抗原特 性等进行分类区分L1 ]。 

菌体O一抗原,表面K一抗原和鞭毛H一抗原是大 

肠杆菌分型的主要表面抗原 。O一抗原是大肠杆 

菌脂多糖的最外层结构,与细菌对环境的适应性有 1O期 刘璨颖等:大肠杆菌O一抗原血清型鉴定研究进展 929 

关,是细菌的毒力因子,也是细菌噬菌体和宿主免疫 

系统的主要目标,能在宿主体内诱发强烈的免疫反 应 。Orskov于1977年提出了综合分型方案,将 

大肠杆菌O一抗原分为164种,该方案是分类学、流 

行病学调查、疾病暴发时菌株区分以及监控中大肠 杆菌分型的主要标准[7]。随着研究成果的不断更 

新,报道有O1一O187血清型,其中6种O一抗原血清 型O31、O47、O67、O72、O94和O122被撤消,4种 

被分为亚型O18ab/ac,O28ab/ac,O112ab/ac和 

O125ab/ac。此外,还有11种oX一型。因此目前大 肠杆菌。一抗原血清型共有196种[8]。 

O一抗原血清型种类与大肠杆菌的致病性有一 定的联系,不同致病型大肠杆菌的优势O一抗原血清 

型不同。例如,肠出血性大肠杆菌的主要血清型为 

O157,E.coli 0157菌株是重要的全球食源性病原 菌l_g ;禽致病性大肠杆菌的优势血清型为O1、02、 

O18和O78[1叩;与尿道感染有关的大肠杆菌,其血 清型主要为O1、O2、O4、06、O7、O16、O18、O25和 075_l ;能引发新生儿脑膜炎的肠外致病性大肠杆 

菌菌株,其血清型主要为018:K1[ ;我国患病猪 

场分离的猪源肠外致病性大肠杆菌菌株优势血清型 依次为O11、O8、O138、O161和O101[13]。因此,快 

速、准确鉴定大肠杆菌0_抗原血清型将有助于流行 病学调查,疾病诊断和疫苗研发,对防御并控制致病 

性大肠杆菌传播有重要意义。 

1 O-抗原概述 1.1 0一抗原组成和特性 革兰氏阴性菌外膜脂多 

糖由脂质A,核心寡糖和O一抗原多糖3部分组成。 脂质A在大肠杆菌中非常保守,是毒性成分。核心 

寡糖区域分为内部和外部区域,O一抗原多糖与核心 

寡糖外部区域的糖基相连,具有血清型特异性,由含 有3—7个单糖的寡糖单位重复连接组成。单糖种 

类、数量、排列方式和寡糖间链的不同构成了O一抗 原的多样性l_6 。基因水平转移是O抗原高度多 样性的主要原因。基因水平转移、重组和点突变能 

使O一抗原血清型发生转变_】 "]。此外,获得位于细 

菌噬菌体或质粒上的O一抗原修饰基因也能导致细 菌。一抗原血清型的差异[1。 。具有完整O一抗原的 

大肠杆菌为光滑型表型,而O一抗原发生突变或丢失 时,大肠杆菌失去合成O一抗原的能力,为粗糙型表 

型 。。。 1.2 O一抗原合成基因簇 大肠杆菌中,大部分编 

码O一抗原合成酶的基因在染色体上相邻排列,形成 

一个约4.5 kb(O155,含有4个基因)-19.5 kb (O108,含有18个基因)的基因簇,被称为rfb基因 簇。该基因簇两端常有持家基因galF(UTP一葡萄 

糖一1一磷酸尿甙基转化酶编码基因)和gnd(6-磷酸葡 

萄糖酸脱氢酶编码基因),在染色体上位于可拉酸合 

成基因簇(wca基因)和组氨酸(his基因)合成操纵 子之间l_2 。DebRoy等对大肠杆菌196种O一抗原 合成基因簇进行序列分析,结果显示其中有21组 

(46种)序列相似性高达98 ~99.9 ,插入元件在 O一抗原合成基因簇进化过程中发挥了重要作用 ]。 

但O一抗原血清型O14和O57型菌株galF和gnd 

基因间不含有O一抗原合成基因簇[2 。 O一抗原合成基因簇中主要包括3类基因:单糖 

合成酶基因、糖基转移酶基因和寡糖单位处理酶基 因。核苷酸糖合成基因参与()_抗原核苷酸糖前体 

的合成,在不同O一抗原血清型中有高度相似性,且 常聚集成簇[1 ]。最新研究显示有至少27 种O一 

抗原血清型,核苷酸糖合成基因不位于O一抗原合成 基因簇中[2 。糖基转移酶转移不同糖前体形成寡 

糖,每种O_抗原合成基因簇中含有2~6个基因编 

码假定糖基转移酶。糖基转移酶基因的点突变能导 致O一抗原血清型间的差异_】 。O一抗原处理蛋白涉 

及0一抗原基本单位的转运和聚合。 在大肠杆菌中合成O_抗原多糖的途径为wzy 

聚合酶依赖型途径和三磷酸腺苷结合转运盒(ATP— binding cassette,ABC)转运子途径。这两种合成 

途径中,基因WZX(糖基转移酶编码基因)/wzy(寡 糖单位聚合酶编码基因)和wzm(0一抗原ABC转运 

子通透酶编码基因)/wzt(ABC转运子ATP一结合 蛋白编码基因)分别与O一抗原基本单元转运和聚合