细菌全基因组

基因组学研究在食品/药品微生物安全中的应用

本文关键词:细菌全基因组、细菌鉴定、菌种鉴定、细菌基因鉴定、分子鉴定、细菌16S鉴定、微生物检测、微生物鉴定


通过检测微生物特定区域的序列(如16S rDNA/ITS等),来进行微生物物种鉴定,已经逐渐被大家所接收。但是这些被选取的区域只是微生物全部遗传信息的一部分,对一些特定的种属(在选取区域相似度较高的种属),并不能很好的区分。尤其是在进行菌株级别的区分时,这些特定区域所提供的信息就略显不足了。

随着高通量测序技术的发展,对微生物的全基因组进行测序能够很好的解决这一问题,它结合系统发育学和每个分离株的元数据可以实现更准确、更全面的比对鉴定。得到的全基因组序列信息还可以被用于分析和预测关键表型:如致病性、耐药性、极端环境耐受能力(耐盐、耐酸、耐高温等)。

目前,全基因组测序技术已经广泛应用于食源性致病菌的特征检测,比如沙门氏菌属、埃希氏菌属、李斯特菌属、弯曲杆菌属和弧菌属等食源性致病菌,为了解这些病原菌的遗传组成提供了新的视角。

1、从全基因组来研究致病菌的独特适应性

目前,病原菌对季铵盐氯化物,农药,氯气,重金属,抗生素,高温,高盐,强酸等越来越具有抗性。细菌16SrDNA鉴定由于只是对微生物的一部分遗传信息测序,所获得的信息很少,不足以用来研究一些致病菌的适应性。全基因组通过了解致病菌中某些基因的排列顺序和性质,能够更多的得到关于这些基因的存在和缺失信息。如:从最近爆发的金枪鱼沙门氏菌污染事件中分离到一株沙门氏菌,从中发现一个新的基因岛,含有一个独特的砷抗性操纵子,这个基因岛增加了该菌的生存和进化能力。除此之外,其他对重金属和化学物质具有抗性的基因也可能存在食物病原菌中。

2、结合环境和临床数据的全基因组数据库提高食品和药品安全性

基因测序的数据具有数字化和客观性,可以通过收集世界各地致病菌的基因组信息来构建一个全基因组数据库。一个综合了食品、药品元数据(如位置、收集时间、食品/药品生产商等)的数据库,可以让我们确切找出受到污染的地点,从而提高对污染食品和药品的溯源跟踪,并了解疾病暴发或污染事件的根源。如:2012年发生的鸡蛋壳含有致病菌的事件中,通过全基因组测序和系统发生学分析能够清晰的区分致病菌是来源于哪几个农场,进而准确地区分出超过400种肠道沙门氏菌血清型的来源。

另外,还可通过全基因组测序数据来判断疫情是“自然爆发”,还是“人为造成”。通过检测致病菌特性,如:是否有基因操作迹象,突变偏差,地理模式偏差,耐药性或毒力模式,以及产生这些不寻常毒素的基因来判断发生原因。通过对基因组数据分析可以大大提高自然发生,还是操作不当,或是恐怖行动的辨别能力。建立一个全球性微生物基因组数据库,可以提高应对和预防食源性疾病、了解药物敏感性、解决耐药性、病原菌的鉴别和响应的能力。这些数据库在全面了解微生物本身和微生物怎么影响周围环境方面都是至关重要工具。