DNA侦探破坏了生物威胁相似的案例

生物“侦探”正在追踪生物威胁，例如导致土拉菌病的细菌(“兔热”)，但他们经常面临避免误报的挑战。通过生物攻击发出警报，只发现它是同一属中的无害亲属，降低了可信度和公众信任。洛斯阿拉莫斯国家实验室的新工作正在缩小对弗朗西斯菌的混淆，其中一些物种包括高毒力的人类和动物病原体，鱼类病原体，机会性人类病原体，蜱内共生菌和居住在微咸水中的自由生活分离物。

“ 对于未来成功进行生物监测和归因活动，对土拉弗朗西斯菌和环境丰富的F. novicida及其亲属的毒力亚种的准确区分是绝对关键的，”洛斯阿拉莫斯生物学家Jean Challacombe说道，该论文的第一作者本周在PLOS ONE期刊上。生物监测，例如由美国国土安全部和国防部进行的监测，通过发现公共卫生重要性趋势，提供传染病暴发，危险环境暴露或可能的生物恐怖袭击的早期预警。

在弗朗西斯属包括几个公认的品种，另外的潜在品种，和其他代表居住在一系列令人难以置信的多样化的生态位，但不是密切相关的命名的物种。其中许多对人类或牲畜没有任何问题。然而，T。tularensis是一种高致病性的人畜共患病病原体(从动物传播到人类)，导致tularemia。由于过去世界大战中的武器化努力，它被认为是第一级(最严重的)生物威胁剂。

坏的T. tularensis亚种tularensis(A型)，仅在北美发现并且是​​最致命的，导致tularemia疾病。它可以产生皮肤溃疡，胸痛和呼吸困难。

研究小组已经确定了几种显然隐藏的质粒 - 它们是能够存在于染色体外的双链DNA的线性或环状结构 - 在三种常见的环境弗朗西斯菌种的测序基因组中。这些质粒提供了额外的系统发育和基因组特征，可将致病性土拉弗朗西斯菌菌株与非生物威胁剂的临床和环境近邻物种区分开来。

“我们的工作表明，已经测序的120多个Francisella基因组中，只有少数含有质粒。这对研究人员来说是一个非常有用的标志，增加了基因组特征，可以防止错误识别碰巧共享其他类似基因的细菌亲属简介，“她说。环境调查表明，F。novicida和类似菌株在美国各种环境中分布广泛且丰富，最重要的是，该组似乎可能是 监测系统中发生的F. tularensis环境假阳性的来源。

为了完成分析，该团队对来自德克萨斯州加尔维斯顿湾(F. novicida-like)，一些人类临床样本(F. novicida AZ06-7470和F. opportunistica)的海水样本的基因组进行测序，来自温暖的水春天(F. novicida)和从空调系统(F. frigiditurris)隔离的形式。几种含有质粒的Francisella菌株由Los Alamos的Bioscience Division的Genome Sciences小组测序。

“在只有少数成员弗朗西斯属携带质粒;这些包括几个凶手弗朗西斯菌菌株，我们发现所有的质粒显然神秘，编码功能可能参与复制，接合转移和分配，一些功能可能是对于环境生存很重要，以及一些不能赋予功能的假设蛋白质，“Challacombe说。

根据Challacombe和她的共同作者Cheryl Kuske和Segaran Pillai发表的结论，“虽然细菌质粒可以携带增强宿主细胞存活并影响细菌进化的特性，但隐性质粒编码除了复制和动员所需的功能之外几乎没有其他功能。对携带它们的宿主细胞没有明显的益处，隐蔽质粒有点谜......我们的结果比较不同的弗朗西斯菌基因组中的隐蔽质粒表明它们也存在于临床分离株中。

这些结果为已知的弗朗西斯菌种之间的表型变异性和复杂的分类学关系提供了新的理解，并为我们提供了用于表征相关物种群的新质粒特征。

研究人员指出，有许多培养的弗朗西斯菌株，我们仍然没有基因组序列。只有通过对更多环境和近邻弗朗西斯菌分离株的测序和比较，研究人员才能确定能够准确区分不同物种群的其他基因组特征。

自曼哈顿计划的早期辐射剂量测量工作以来，生物科学一直是洛斯阿拉莫斯的一个重点，实验室的生物科学部长期以来一直密切参与生物危害分析，基因研究以及流式细胞仪等工具和技术的开发。