2型猪链球菌(Streptococcus suis serotype 2,SS2)是一种重要的人畜共患的病原菌。SS2感染不仅可致猪急性败血症、脑膜炎、关节炎、心内膜炎及急性死亡,并且可通过伤口等传播途径导致人的感染发病,典型临床症状是脑膜炎、败血症、关节炎等。本病呈全球性分布,不仅给全世界养猪业造成巨大的经济损失,而且对相关从业人员的健康构成严重威胁,已成为重要的新发传染病病原体。1998年和2005年我国江苏省和四川省分别暴发大规模SS2感染疫情,病人中出现高比例的、国内外罕见的链球菌中毒性休克综合征(streptococcal toxic shock syndrome,STSS),呈现高侵袭、深部组织感染的特点,病情凶险,病死率高(81.3%~97.4%),打破了既往认为的STSS均系A组链球菌(GAS)引起这一限制,引起全球广泛关注,但SS2引起STSS的分子机制尚不明确。为系统分析不同来源和致病性SS2差异的分子基础,我们针对性地采集江苏流行区健康猪群扁桃体拭子和散发感染病人脑脊液样本进行SS2分离和鉴定,结果各分离到1株SS2,根据其分离时间和来源分别命名为05JYS68和07NJH06。系统病原生物学鉴定发现,05JYS68缺失毒力相关因子胞外因子(EF)、溶血素(Sly)等,对其天然宿主猪不具有致病性,属天然无毒株;07NJH06株是新近从散发脑炎病例分离的对人致病菌株,毒力较既往国内暴发现场分离株弱,基本生物学特性、主要毒力基因型与国内强致病株05ZYH33无显著差异,但基因组不含有完整毒力岛PAI89k。上述菌株的分离为开展比较基因组学研究,揭示致病性与共生性SS2遗传进化路径以及国内强致病株高侵袭力的分子机制奠定了基础。本课题组选择1998年江苏流行的强致病株98HAH12、2005年四川流行的强致病株05ZYH33(两株均分离自STSS病人),以及2005年分离自江苏的无毒力健康猪群携带株05JYS68进行全基因组测序和功能注释,并将上述3株基因组与Sanger研究中心公布的标准株P1/7全基因组序列进行比较基因组分析。研究发现,国内3株SS2在进化上表现为两个独立进化的分离株系,各自独特的寄生生境是分离株系适应性进化的动力。同时,在98HAH12和05ZYH33基因组意外地发现一个长度为89 kb的大片段,进一步的生物信息学和实验分析表明,该片段为中国强致病株所特有,且完全具备病原菌毒力岛(Pathogenicity islands,PAIs)的基本特征,命名为PAI89K。上述结果提示PAI89K片段可能是SS2通过基因水平转移获得的毒力岛,使得原本无毒力或弱毒力的菌株发生了毒力“跃升”,从而引起暴发疫情。PAI89K是迄今猪链球菌中发现的首个候选的毒力岛,它的发现将有助于从功能基因组水平揭示SS2诱发STSS的分子基础,并为高致病性SS2的感染防控提供科学依据。借助生物信息学软件系统分析了人源强毒力株05ZYH33基因组中膜蛋白锚定酶Sortase编码基因(srt)的数量和分布,共发现6个srt基因同源序列(SrtA-F),其中SrtA归属于经典的A群“持家”Sortase酶,SrtB-F属C群/subfamily 3。值得关注的是,SrtBCD和SrtF分别与数量不等的膜锚定蛋白毗邻形成两个基因簇,其基因结构与革兰阳性病原菌(如化脓链球菌GAS、肺炎链球菌、白喉棒杆菌以及唾液链球菌GBS)的菌毛基因结构特征完全一致,可能是SS2菌毛编码相关基因簇,分别命名为SrtBCD基因簇和SrtF基因簇。为探讨SS2“持家”Sortase A的生物学功能,通过同源重组原理构建并筛选到srtA基因缺失的突变株ΔsrtA,应用流式细胞术、免疫荧光、细胞黏附等试验对ΔsrtA进行生物学特性分析,发现突变株ΔsrtA表面缺失了经典的膜表面蛋白MRP和Sao,对人血管内皮细胞和上皮细胞(HUVEC和Hep-2)的黏附能力较野生株显著下降(p<0.01),实验感染猪后对脏器组织的定植能力出现不同程度的下降,感染动物的发病率和病死率也同时下降。上述结果表明sortase A是SS2重要的膜表面蛋白的(如MRP、Sao)转肽酶,它可能通过作用于底物膜蛋白影响细菌对宿主组织细胞的黏附和侵袭能力,进而对细菌致病性产生影响。