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布魯氏菌種/型鑒別的研究現狀

2014-03-26 22:19:30閆飛鄭文艷張專才曲芬
傳染病信息 2014年1期
關鍵詞:研究

閆飛,鄭文艷,張專才,曲芬

·專題綜述·

布魯氏菌種/型鑒別的研究現狀

閆飛,鄭文艷,張專才,曲芬

布魯菌病是由布魯氏菌引起的一種人畜共患病,世界動物衛生組織將其列為重要傳染病,近些年發病率呈上升趨勢。應用分子生物學技術進行布魯氏菌種/型分類的研究具有重要意義。本文通過總結近年來布魯氏菌種/型鑒定的研究進展,為今后判斷預測疫情動態、研究流行特點以及制定合理有效的防治對策提供重要的理論依據。

布魯桿菌病;布魯桿菌屬;分子生物學;總結性報告專題

布魯菌病(布病),又稱波浪熱、地中海弛張熱、馬耳他熱或波狀熱,是由布魯氏菌引起的一種人畜共患病[1]。世界動物衛生組織將其列為重要傳染病,我國將其列為乙類傳染病,也被列為《家畜家禽防疫條例實施細則》中第二類傳染病,屬自然疫源性疾病[2]。染病家畜是人感染的主要傳染源。該病呈點狀分散分布。該病起源于公元前1600年的埃及第5次瘟疫時期[3]。在20世紀50年代,美軍成功研發的第一個細菌武器菌種即為布魯氏菌[4]。在全世界200多個國家和地區有170多個國家和地區有人畜布病存在和流行,全球1/6~1/5的人受該病威脅[5-7]。人和牲畜發病率較高的國家和地區為希臘、西班牙、馬耳他、意大利和蘇格蘭等。在亞洲,蒙古人民共和國人畜布病比較嚴重[8-11]。在我國,布病主要流行在內蒙古自治區、新疆維吾爾自治區、西藏自治區、黑龍江等9個省(自治區),其人間和畜間報告病例數占全國報告病例數的98%以上[12]。布病主要感染人群是從事宰殺、飼養牲畜、皮毛加工、收購皮毛或牲畜的人員以及獸醫。布魯氏菌在皮毛中可生存1.5~4個月,特別是羊布魯氏菌對人類健康的威脅最大[13-14]。近些年我國布病流行呈上升趨勢。

1 布魯氏菌的生物種/型分類

1970年聯合國糧食及農業組織及WHO布病專家委員會把布魯氏菌分為6個生物種,即羊布魯氏菌(Br.melitensis)、牛布魯氏菌(Br.abortus)、豬布魯氏菌(Br.suis)、沙林鼠(木鼠)布魯氏菌(Br.neotomae)、綿羊附睪布魯氏菌(Br.ovis)及犬布魯氏菌(Br.canis)[14]。國內布魯氏菌的研究者根據布魯氏菌生化反應特點及菌體表面的不同結構,將其分為9個不同的種,其中7種感染陸生哺乳動物,為羊布魯氏菌、牛布魯氏菌、豬布魯氏菌、綿羊附睪布魯氏菌、沙林鼠(木鼠)布魯氏菌、犬布魯氏菌和田鼠布魯氏菌(Br. microti);2種感染海洋哺乳動物,為海豚布魯氏菌(Br. ceti)和鯨布魯氏菌(Br.pinnipedialis)[15]。幾種主要布魯氏菌的發現及流行概況[16-18]詳見表1。

上述6個生物種又分為19個生物亞型。除沙林鼠(木鼠)布魯氏菌、犬布魯氏菌、綿羊附睪布魯氏菌各占1種亞型外,其余根據牛布魯氏菌T6噬菌體裂解試驗和氧化代謝試驗把羊、牛、豬3個生物種區分為若干個生物型,包括牛布魯氏菌的8個生物型,即牛1、2、3、4、5、6、7、9型;羊布魯氏菌的3個生物型,即羊1、2、3型;豬布魯氏菌的5個生物型,即豬1、2、3、4、5型[19]。

2 布魯氏菌種/型的生物學特性

布魯氏菌種的基因組大小和組成十分相似,基因組的平均長度約為3.39Mb,并由2個環形的染色體組成,染色體Ⅰ長度約為2.11Mb,G┼C含量為57.2%;染色體Ⅱ長度約為1.18Mb,G┼C含量為57.3%。所有菌種及它們的生物型變種染色體DNA的同源性在90%以上。在布魯氏菌染色體上,有一個長度為14 Kb的DNA片段,該片段含有7個高度保守的基因參與了O鏈的生物學合成,而且這7個基因在R型布魯氏菌中也呈現高度保守狀態,它們分別是WbKA、gmd、per、wzm、wzt、wbkB和wbkC,分別編碼相應的酶和蛋白甘露糖轉移酶、GDP2甘露糖4,6脫水酶、perosamine合成酶、ABC運載體Ⅰ(所有膜蛋白)、ABC運載體Ⅱ(ATP酶)、一個假設的功能未知的蛋白和一個假定的甲酰基轉移酶,其中wzm和wzt與菌體表面O鏈的缺失有關[20-21]。目前發現的O鏈表面有7個不同的抗原位點,它們分別是A、M、C(M=A)、C(M>A)、C/Y(M>A)、C/Y(M=A)、C/Y(A>M)等,菌體A、M、C、C/Y抗原的比例與種/型有關。O鏈表面的7種抗原決定基在所有的S型布魯氏菌中分布具有不均一性。在同一種內,不同菌株之間A抗原和M抗原的分布及分布的數量都不相同。M抗原和A抗原除了2種R型布魯氏菌(綿羊附睪布魯氏菌和犬布魯氏菌)外,在其他4種布魯氏菌(羊布魯氏菌、牛布魯氏菌、豬布魯氏菌、沙林鼠布魯氏菌)及它們的生物型變種中均有不同程度的分布[3]。

最早發表的羊布魯氏菌M16基因組顯示,其基因組包括2條分別為2.1 Kb(Ⅰ)和1.2 Kb(Ⅱ)的染色體。Ⅰ號染色體編碼2059個開放閱讀框(1653+,1006-),其中已知的編碼蛋白134個(77+,57-),占6.5%;Ⅱ號染色體編碼1138個開放閱讀框(549+,590-),其中已知的編碼蛋白53個(25+,28+),占4.7%。同2002年隨后發表的豬布魯氏菌基因組相比,二者表現出難以置信的保守性,全基因組僅有7301個單個堿基對變異,所編碼的超過約3000個基因中,僅有77個不同,其中羊布魯氏菌特有的基因有32個集中位于Ⅰ號染色體11區,豬布魯氏菌特有的基因中有42個集中位于染色體22區。在羊布魯氏菌的77個與豬布魯氏菌不同的基因中,有28個存在于牛布魯氏菌基因組中[4]。

3 布魯氏菌生物種/型的鑒定

3.1 PCR技術對布魯氏菌種/型的鑒定布魯氏菌分子生物學診斷技術以PCR為主,是目前主要的研究技術。Bricker和Halling[22]通過限制性片段長度多態性聚合酶鏈反應(cleaved amplification polymorphism sequence-tagged sites,CAPs)技術將牛布魯氏菌、綿羊附睪布魯氏菌與其他菌種區分開。Vizcaíno等[23]利用CAPs技術將豬布魯氏菌與犬布魯氏菌區別開。Fernández-Lago等[24]用布魯氏菌16Sr-RNA序列制備熒光核酸探針進行全菌雜交試驗,選用3種熒光探針對所有布魯氏菌屬和變種以及9株不同的臨床分離的布魯氏菌進行雜交檢測,結果用B9探針可將豬布魯氏菌2、3、4、5型和幾乎全部其他布魯氏菌種區分開。Cloeckaert等[25]可以將海洋種與其他布魯氏菌種區分開。Redkar等[26]應用實時熒光定量PCR鑒別了布魯氏菌的牛、羊、豬3個種。Fayazi等[27]用一個長度為25 bp的引物,經PCR擴增后將豬種和牛種布魯氏菌鑒別開。Bricker等[28]建立了Bass PCR,篩選牛布魯氏菌。Hinic等[29]建立實時熒光定量PCR鑒別6個種的布魯氏菌。López-Go?i等[30]建立了一種多重PCR實驗(階梯法),可鑒別古典布魯氏菌種,包括海洋種及疫苗株S19、RB51和Rev.1。

3.2 其他技術對布魯氏菌各種/型的鑒定20世紀70年代,Carlsson等[31]提出用酶聯免疫吸附試驗診斷羊、豬、綿羊附睪布魯氏菌,此后至今所做的工作有:Ocampo Sosa等[32]設計以AMOS-ERY和IS711為探針的Southern blot雜交試驗鑒別出牛3b、牛5、牛6和牛9型;Le Flèche等[33]應用多位點可變數目串聯重復序列分析方法代替了傳統分型方法進行種/型鑒定;Whatmore等[34]用依據21個數目可變串聯重復序列(variable number of tandem repeats, VNTR)基因座建立的分子亞類鑒定方法——VNTR方法,對布魯氏菌進行了流行病學追蹤和菌株親緣關系的確定;王遠志等[35]利用高變8聚核苷酸DNA指紋技術鑒定綿羊附睪種布魯氏菌菌株。

4 布魯氏菌預防的研究現狀

對于布魯氏菌種/型的研究,有利于更好預防布病的流行,尤其對于布魯氏菌疫情暴發具有深遠意義。布魯氏菌各種/型的疫苗研究對今后布病的防控具有非常重要的價值。針對布魯氏菌暴發時的各種/型的疫苗研究是目前防控的重點及攻破難點。

4.1 牛種布魯氏菌19(Br.abortus strain19,S19)疫苗該疫苗制造用菌株是1923年從牛奶中分離獲得的,菌株中含有O鏈的脂多糖(lipopolysaccharide, LPS)能持續刺激機體產生抗體,對牛有一定的保護力,歷史上曾將S19株廣泛應用于牛的免疫接種。但該菌株能傳染人,并會引起懷孕母畜的流產,在公畜中也被限制使用[36]。

4.2 羊種布魯氏菌Rev.1(Br.melitensis Rev.1,Rev. 1)疫苗Rev.1被認為是一種毒力減弱株,屬于光滑型,對牛、羊布魯氏菌均具有免疫保護力。此菌株作為疫苗仍具有一定的毒力,并且在適當的條件下,毒力可以完全恢復[37-38]。

4.3 豬種布魯氏菌S2疫苗(Br.suis strain 2,S2)該疫苗是用中國分離株制造的,毒力比S19和Rev.1弱,對豬、牛和羊均能產生良好的免疫。由于其毒力較弱,可以通過口服或肌內注射的方式進行免疫,并且不會導致懷孕母畜的流產,因此在我國被廣泛使用。雖然有研究認為,S2的保護率較S19和Rev.1低10%~20%,但大量的動物實驗表明,S2能夠提供令人滿意的保護率,對超強毒的馬爾他型布魯氏菌的攻擊能提供40%~60%的保護[39-40]。

4.4 牛種布魯氏菌45/20(Br.abortus strain 45/20, 45/20)疫苗該疫苗制造用菌株1922年從病牛體中分離,后經豚鼠20次傳代后獲得粗糙型的減毒株。其優點是LPS結構中無O鏈,因此免疫動物以后,在其體內檢測不到O鏈的抗體,從而可以避免干擾診斷。該菌株作為疫苗的免疫機制仍不清楚,有研究推斷LPS中殘留的少量O鏈在起作用,也有研究認為菌體的一些其他有效蛋白刺激了機體的細胞免疫,但這些猜測都缺乏直接有效的證據。粗糙型的45/20疫苗株最嚴重的問題是該菌株極不穩定,經常會出現從R型到S型的變異,使其毒力恢復為強毒,因此其作為疫苗的安全性仍有爭議[41]。

4.5 粗糙型牛種布魯氏菌株51(rough strain Br. Abortus 5l,RB51)疫苗該疫苗株最初由光滑型牛布魯氏菌2308株經體外反復傳代,并經利福平和青霉素的篩選獲得。具有利福平抗性的RB51是當前應用最為廣泛的疫苗。多年的實踐證明其免疫力和保護力均優于S19,并克服了以往疫苗的一些弱點。動物模型表明RB5l所引起的主要是B細胞介導的體液免疫,所產生的抗體雖不能直接殺死病菌,但機體產生的各種細胞因子卻具有殺死病菌的功能,良好的抗體水平能有效地抵制野毒株的感染。研究發現,相對于光滑型牛布魯氏菌2308株,RB5l在其基因組wboA基因(編碼糖基轉移酶)中插入了一段Is711成分(大小為842 bp的插入序列)。該序列比較保守,經常出現在布魯氏菌基因組中,確切功能未知。然而在2308株wboA基因中插入其他轉座基因獲得的突變株,能提供比RB51更好的免疫保護效果,但毒力比RB51強[42]。

4.6 新型布魯氏菌DNA疫苗對于布魯氏菌DNA疫苗的研究方興未艾,呈現較好的發展勢頭。特別是伴隨布魯氏菌的全基因組測序完成,開展了保護性抗原分子的DNA疫苗的研究。所選用的抗原分子有外膜蛋白、細菌表面蛋白及核蛋白等。而DNA疫苗的候選分子主要集中在刺激T細胞引起細胞免疫的以下幾個分子。

4.6.1 L7/L12 L7/L12是重要的布魯氏菌免疫優勢抗原,在布魯氏菌的幾種保護性抗原基因中,以它為基礎構建的疫苗對感染具有最顯著的抵抗作用。早在1997年,有學者將L7/L12用pcDNA3做載體制成DNA疫苗,該疫苗能夠誘導細胞免疫,并產生特異性抗體,有一定的保護力。但此種DNA疫苗誘導的免疫反應維持時間較短,可能與注射劑量及注射方式有關[43]。

4.6.2 GroEL熱休克蛋白在分枝桿菌感染免疫中研究最為廣泛,Steller等[44]利用pCMV真核表達載體構建了GroEL,然而經實驗證明,此DNA疫苗對布魯氏菌的攻擊無任何保護作用。另外,研究較多的T細胞抗原還有SOD,B細胞抗原中研究最多的有Omp31、BCSP31等。

4.6.3 Opm31 Opm31為一種B細胞抗原,用質粒pNv3123與之構建一重組體,注入Balb/c小鼠體內,實驗證明小鼠體內可產生大量的IgG,且在攻毒時有一定的保護力[45]。

5 展望

布魯氏菌種/型的分類研究是今后研究的重點,尤其是應用分子生物學技術進行布魯氏菌種/型分類的研究對預防具有積極意義,因其較好的敏感性、特異性及快速性等特點,可作為布病的一個重要診斷方法,具有很廣闊的前景。鑒別布魯氏菌各種/型的技術方法種類繁多,其中應用免疫酶組化法和PCR技術檢測臨床標本中的布魯氏菌DNA將成為今后早期、快速診斷布病的發展方向[46]。而VNTR指紋圖譜的分子生物學方法能高度區分不同布魯氏菌生物種/型,因此它可以用于流行病學調查,追蹤暴發疫情中病例的來源,從而就能有效地控制傳染源及切斷傳染途徑[47],因此該項技術具有不可忽視的作用,也將是今后研究的重點。利用免疫酶組化法、PCR技術和VNTR指紋圖譜進行布魯氏菌生物種/型的鑒定,將成為今后布病研究領域的一個主要研究方向。布魯氏菌種/型的鑒定研究對于判斷預測疫情動態、研究流行特點、探索掌握流行規律以及制定合理有效的防治對策具有重要意義,同時對布魯氏菌疫苗的研制和布魯氏菌新藥的開發均有深遠的影響作用,尤其在以畜牧業為主的地區,布魯氏菌的分型對于該區域布病的防控及疫苗的發放具有深遠影響。

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(2013-07-25收稿 2013-10-03修回)

(責任編委 李軍 本文編輯 張云輝)

Research status of identification of Brucella species/types

YAN Fei,ZHENGWen-yan*,ZHANG Zhuan-cai,QU Fen
Class 5 Internal Medicine Graduate 2012,Inner Mongolia Medical University, Hohhot,the Inner Mongolia Autonomous Region 010010,China
*Corresponding author,E-mail:fyyjbwangyi@sina.com

Brucellosis is a kind of zoonosis which is caused by members of the genus Brucella.World Organization for Animal Health lists it as an important infectious disease.In recent years,the morbidity of brucellosis has been rising.Application of molecular biology techniques to the research of Brucella species/types is of important significance.This article summarizes the research progress of identification of Brucella species/types,which provides evidence for judging and predicting epidemic dynamics, studing epidemic characteristics and making reasonable and effective prevention and control counter-measures.

brucellosis;Brucella;molecular biology;consensus development conferences as topic

R516.7

A

1007-8134(2014)01-0055-05

內蒙古科技廳基金項目(20120404);內蒙古衛生廳應用基礎研究項目(2010045)

010010呼和浩特,內蒙古醫科大學2012級內科學研究生臨床五班(閆飛);010000呼和浩特,解放軍第二五三醫院傳染科(閆飛、鄭文艷、張專才);100039北京,解放軍第三○二醫院臨床檢驗醫學中心(曲芬)

鄭文艷,E-mail:fyyjbwangyi@sina.com

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