猪链球菌(Streptococcus suis,S. suis)是一种重要的人兽共患病病原菌,可感染猪等多种动物和人,具有很强致病性。根据其荚膜多糖抗原特性的差异可分为35个血清型(1～34型及1/2型),其中血清2型呈全球性分布,为最常见致病血清型。猪链球菌2型(SS2)感染引起猪的脑膜炎、关节炎、心内膜炎和败血症等,是影响全世界养猪业的重要传染性疾病之一。另外SS2也可感染与养猪产业密切接触的人群,引起人的脑膜炎、心内膜炎、耳聋、运动功能紊乱等症状,甚至急性死亡。1998年和2005年,分别在中国江苏省和四川省两次由猪感染人,表现为链球菌中毒性休克(streptococcal toxic shock syndrome,STSS)的暴发流行,引起国内外对SS2感染导致公共健康问题的广泛关注。此外,SS2感染在欧洲、北美和东南亚等地区也多有散发病例。目前已有多株SS2致病株完成了全基因组序列测定,并且鉴定和分析了一些可能与致病性相关的基因和蛋白,但是SS2如何生存、繁殖并感染宿主的机制还不清楚,对该病原菌致病性并没有一个系统和全面的了解。因为SS2不同菌株致病性存在差异,通过基因组的比较分析,在差异基因组水平上确定和注释细菌和宿主相互作用相关的特异基因,有可能帮助我们了解细菌的感染过程和致病机理。其中,由基因水平转移获得的致病性基因岛(pathogenicity islands,PAIs)在多种病原菌中已证明与致病性密切相关,已有的研究包括大肠杆菌、沙门氏菌、金黄色葡萄球菌、粪肠球菌和肺炎链球菌等。我们设想,在SS2中可能也存在着类似的基因岛,这些基因岛与细菌的致病性、适应性以及代谢能力等相关。而与细菌毒力相关的致病岛存在于SS2的毒力菌株中,在其无毒菌株或弱毒菌株中缺失或部分缺失。本研究以SS2中国致病株为基础,参考国内外SS2菌株基因组信息,对SS2可能的基因岛详细分析。通过In silico的分析,在SS2已测序致病菌株SC84株基因组中推测13个可能的基因岛,加之报道的89K基因岛,共14个基因岛。这些假定的基因岛均是全基因组中GC含量有显著差异的区域,多数携带有转座酶(transposase)或者整合酶(site-specific recombinase,phage integrase)等元件,并且旁侧具有较典型的插入位点,显示可能为外源基因水平转移获得。其中有些为已知的功能基因群,比如已知的编码合成荚膜多糖(CPS)和菌体多糖(细胞壁组分,鼠李糖-葡萄糖样多糖,RGP)的两个基因群(GI3和GI6),以及srtC345菌毛基因群(GI12),其余为未知功能或未鉴定的基因岛样区域。通过分析这些基因岛在SS2致病株和非致病株中的分布差异,以期研究基因岛与SS2菌株致病性的关系。通过生物信息学的分析以及PCR和测序分析,最终认定基因岛GI4、GI8和GI12,为可能的致病性基因岛,它们在不同的SS2分离株中分布存在差异,存在于致病株而在一些非致病株中完整缺失。其中基因岛GI4和GI8携带完整的噬菌体整合酶以及部分噬菌体相关蛋白,表明可能是通过溶原型噬菌体整合入基因组。而其余的基因岛包括GI1、GI2、GI3、GI5、GI6、GI7、GI9、GI10、GI11、GI13,在所分析的SS2致病株和非致病株中均存在,认定这些基因岛在SS2菌株中具有遗传稳定性和保守性,与细菌致病性无直接关联。随后对可能的致病性基因岛GI12做进一步的结构和功能分析,该基因岛携带假定的srtC345菌毛基因群,包括3个分选酶基因和4个假定的菌毛亚单位蛋白基因,其遗传组成和结构与已知的肺炎链球菌rlrA菌毛基因岛非常相似。包括肺炎链球菌和白喉棒状杆菌等多种革兰氏阳性细菌的菌毛其基因组成和蛋白结构都非常相近,菌毛是由同一个基因群编码的多个单体菌毛亚单位蛋白共价连接形成的聚合体,由分选酶通过转肽反应将各单体蛋白连接并最终锚定在细胞壁肽聚糖上。菌毛在细菌的黏附、细胞侵入、宿主免疫逃避等方面起关键作用,是重要的致病因子。本研究还对SS2不同分离株中菌毛基因群和分选酶基因分布进行比较分析,在中国强致病株SC84和ZY458等菌株基因组中共有3个假定的菌毛基因群,其中只有srtC345菌毛基因群(基因岛GI12)在致病株和非致病株中分布存在差异,可能与致病性直接相关。通过体外和体内的实验研究基因岛GI12的功能,细胞黏附实验证明,携带基因岛GI12的SS2菌株细胞黏附能力显著高于不含该基因岛的菌株,而将基因岛GI12全序列通过穿梭质粒导入SS2非致病株B22,其细胞黏附能力明显提高。本实验还通过基因敲除技术分析基因岛GI12的功能,构建自杀质粒导入携带GI12的SS2中国强致病株ZY458,通过同源重组定点敲除部分DNA序列,从而失活基因岛内一个分选酶基因srtC5。通过细胞黏附实验和家兔攻毒实验证明,突变株?srtC5与亲本株ZY458相比,其细胞黏附能力和对家兔的致病性都显著降低。充分的实验证据证明基因岛GI12是SS2重要的致病性基因岛,与细菌的细胞粘附和系统致病性密切相关。对新发现的菌毛基因岛结构和功能初步分析,为进一步研究猪链球菌菌毛及其结构和功能奠定基础。