微生物基因组测序的应用

二、一个新的领域

伯明翰大学的研究者Mark Pallens说："在过去的18个月，也许就是基因组遗传病学学科诞生的时期。这段时间里在该领域发表的文献至少有十几篇。"最近伴随着基因组测序技术的进步，研究传染病的起源和病原微生物的动态演变将变得极为方便，传统的方法要求将目标序列导入到大肠杆菌中进行分子克隆。现在只要你有序列模板将会有很多种方法获得序列数据"在将来，单分子测序技术将会有更大的突破，基因组遗传病学也可能会跟着兴盛起来。Pallen指出在2001年美国司法部开始调查"炭疽杆菌信件"事件-- 一些政客和媒体收到到含有炭疽杆菌的信--这开启了基因组传染病学研究的先河。在2002年美国联邦调查局与美国基因组研究所合作，将信件中的炭疽杆菌与野生的进行了比对。

三、高分辨率的病原菌鉴定与追踪

在新一代测序测序技术开始前，许多研究者使用传统的分子分型的方法来研究致病菌种种群的结构及种群的结构的进化。1998年，伦敦帝国理工学院的Brian Spratt与其同事发明了一种叫MLST（多位点序列分型）的方法，Spratt说"这是一项重要的技术发明，我们可以利用该方法来鉴定与人类健康相关的一些微生物，特别是一些传染病源，并探究细菌种群在特定生物地理环境下的演化。"

尽管如此，MLST往往不能区分在同一菌种内关系密切的两个菌株之间的差异。Spratt说"其实很多时候我们不能依靠MLST来解决问题，对许多菌种MLST难以奏效。在这个时候我们需要使用全基因组测序来彻底解决问题，即对分离菌株进行全基因组测序。"Sanger研究所的Julian Parkhill 发现对于一种金黄色葡萄球菌分离株，用MLST和一些标准的分子分型方法没有检出显著差异。ASE的Parkhill说："金黄色葡萄球菌，具有复杂的致病机理，它们拥有一个庞大的族群和丰富的种群多样性，致病性同MLST型很难对应上，二者之间的联系是微妙的。"

最近Parkhill对金黄色葡萄球菌ST239的63个分离株进行了全基因组测序，其中20个菌分离自近7个月（来自同一家医院），其它43株菌来自全世界各地（1982-2003的保存菌），在这些菌中一共鉴定出6700个SNPs其中有4500个位于金黄色葡萄球菌的核心序列区，值得注意的是这些菌用传统的分型方法不能区分。由此，看出许多表面上相似的菌株，仍然存在着较大的遗传上的差异。通过对这些菌在基因组上的差异进行比较，构建系统发育树，Parkhill小组即可追踪ST239（2002年伦敦大范围传染病的病原菌）在人与人之间，大陆与大陆之间的传播。这一研究结果于2010年1月份发表在《科学》期刊上，文中清楚的阐述了伦敦传染病的病原菌来自于东南亚。Parkhill说："通过全基因组测序我们可以鉴定出许多潜在的差异位点，进而我们可以追踪病原菌的传播，并将它与人类种群相联系。"