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NG: 结核杆菌伴随现代人的走出非洲和新石器人口扩张过程

本帖最后由 Ryan 于 2013-9-2 23:08 编辑

Nature Genetics (2013) doi:10.1038/ng.2744

Out-of-Africa migration and Neolithic coexpansion of Mycobacterium tuberculosis with modern humans

Iñaki Comas, Mireia Coscolla,Tao Luo,Sonia Borrell,Kathryn E Holt,
Midori Kato-Maeda, Julian Parkhill,Bijaya Malla,Stefan Berg, Guy Thwaites,Dorothy Yeboah-Manu,Graham Bothamley, Jian Mei,Lanhai Wei, Stephen Bentley,Simon R Harris,Stefan Niemann,Roland Diel,Abraham Aseffa,Qian Gao,Douglas Young& Sebastien Gagneux

Abstract

Tuberculosis caused 20% of all human deaths in the Western world between the seventeenth and nineteenth centuries and remains a cause of high mortality in developing countries. In analogy to other crowd diseases, the origin of human tuberculosis has been associated with the Neolithic Demographic Transition, but recent studies point to a much earlier origin. We analyzed the whole genomes of 259 M. tuberculosis complex (MTBC) strains and used this data set to characterize global diversity and to reconstruct the evolutionary history of this pathogen. Coalescent analyses indicate that MTBC emerged about 70,000 years ago, accompanied migrations of anatomically modern humans out of Africa and expanded as a consequence of increases in human population density during the Neolithic period. This long coevolutionary history is consistent with MTBC displaying characteristics indicative of adaptation to both low and high host densities.



发表:
http://www.nature.com/ng/journal/vaop/ncurrent/abs/ng.2744.html

附件:
http://www.nature.com/ng/journal/vaop/ncurrent/abs/ng.2744.html#supplementary-information

全文:
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评分次数

本帖最后由 Ryan 于 2013-9-2 22:56 编辑

Figure 1, The genome-based phylogeny of MTBC mirrors that of human mitochondrial genomes

Figure 2, Out-of-Africa and Neolithic expansion of MTBC.

Figure 3, Neolithic expansion and spread of MTBC lineage 2 Beijing strains in East Asia
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Figure 2, Out-of-Africa and Neolithic expansion of MTBC..jpg
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本帖最后由 Ryan 于 2013-9-2 23:05 编辑

本人有幸参加了这一项研究,看到了如何完成一项高水平的研究的过程。

这篇文献把全世界的结核杆菌以及一些动物身上的亲缘菌株放在一起测序,结果观察到明确的地理分支。并且观察到了该细菌在约8000年左右的扩张,与新石器时代伴随着人类发明农业并转向村落定居生活的时间极度吻合。Beijing Family这一支在约4000年前的多个下游分支的普遍扩散,代表了成熟农业方式的大范围扩散。
这个结核杆菌的分化树还有很多有意思的状态。
问题越来越清晰了吧,是印度沿海路线还是西亚-中亚-南西伯利亚的石叶工业路线,非常清晰。
中亚和东亚的是一支,印度洋和菲律宾是一支,文章我还没仔细看,估计菲律宾并不单纯。
QQ截图20130903002409.jpg
新技术方案尝试:低覆盖全基因组,最低成本深度解析父系源流,略有成效,大家一起摸索。微博@好奇云怪 QQ群:387100816。
不错,有三家上海的机构参与了这个高质量的项目,而且主要参与者中有5名中国人,值得恭喜! 也希望以后看到其他城市的科研机构与国际间开展类似高水准的合作~
物格而后知至,知至而后意诚,意诚而后心正,心正而后身修,身修而后家齐,家齐而后国治,国治而后天下平...
...
Beijing Family这一支在约4000年前的多个下游分支的普遍扩散,代表了成熟农业方式的大范围扩散。
Ryan 发表于 2013-9-2 23:00
这个很有意思...~
物格而后知至,知至而后意诚,意诚而后心正,心正而后身修,身修而后家齐,家齐而后国治,国治而后天下平...
兰海参与了啊
感觉结核杆菌算比较奇葩的,没啥毒素,增殖很慢,完全依靠强大的忍耐力致病.更接近寄生虫的生存方式.
物变天汰,余者生存
本帖最后由 Ryan 于 2013-9-3 12:29 编辑

转自: http://www.seq.cn/1787--1

四项研究直击结核分枝杆菌基因组与耐药性

结核病是一种由结核分枝杆菌作为病原菌引起的慢性呼吸道传染病,严重危害人类健康。我国的结核发病率位于世界第二,每年有130万新发结核病患者。其中,多耐药结核病人有10万人。耐多药(MDR)和广泛耐药(XDR)结核分枝杆菌的广泛出现使结核病越来越难以治愈。结核病耐药机制的是当前全球结核病研究竞争中最为激烈的热点和难点。

现在,4 支独立的研究团队(共计 93 名科学家)为来自世界不同地区的结核分枝杆菌进行了全基因组测序,相关研究论文均刊登在今天(9 月 2 日)出版的《自然-遗传学》(Nature Genetics)杂志上。这些研究将有望为耐药性结核病疫情的出现提供新见解,并为耐药性测试和药物开发提供新标靶。

在第一项研究中,来自麻省总医院、哈佛医学院等机构组成的研究小组,为全球 123 种具有代表性的结核分枝杆菌菌株(包括耐药性菌株)进行了全基因组测序和分析。该研究小组借鉴了菌株之间的进化关系,开发出一种在微生物基因组中搜寻耐药性标记的新方法,并在结核分枝杆菌的基因组中确认了 39 个与耐药性有关的基因组区段

在第二项研究中,来自美国罗格斯大学新泽西医学院等机构的科学家,为渗入了一线抗结核药乙胺丁醇的结核分枝杆菌菌株进行了基因组测序,并在63个临床菌株中找到与研究结果相关的发现。他们的功能研究为一个多步骤、包含了基因突变相互作用的乙胺丁醇耐药模型提供了支持理据。

在第三项研究中,来自西班牙公共健康研究中心和中国复旦大学等机构的研究人员,分析了 259 个结核分枝杆菌菌株复合体基因组序列,为这种病菌的遗传多样性和与人类宿主一起的进化过程提供了见解。分析结果显示,分枝杆菌菌株复合体约 70 万年前在非洲出现,然后随人类迁徙而蔓延出非洲

而在第四项研究中,来自中国中国科学院研究所生物物理研究所与华大基因等机构的科学家们,对来自中国 12 个省份的 161 株结核分枝杆菌(其中 44 株敏感菌,94 株多耐药菌,23 株泛耐药菌)菌株进行了全基因组测序和系统分析。通过本项研究,获得了我国临床耐药结核分枝杆菌中已知耐药相关基因的突变情况,新发现了与结核分枝杆菌耐药性相关的 72 个编码基因和 28 个基因间隔区的突变。由于该研究分析的菌株来源于全国各地,其结果具有广泛的代表性。本项研究的结果为结核分枝杆菌耐药性发生机理的研究和相关药物的研究提供了新的线索。详细中文报道

原文检索:

Maha R Farhat, B Jesse Shapiro, Karen J Kieser, Razvan Sultana, Karen R Jacobson, Thomas C Victor, Robin M Warren, Elizabeth M Streicher, Alistair Calver, Alex Sloutsky, Devinder Kaur, Jamie E Posey, Bonnie Plikaytis, Marco R Oggioni, Jennifer L Gardy, James C Johnston, Mabel Rodrigues, Patrick K C Tang, Midori Kato-Maeda, Mark L Borowsky, Bhavana Muddukrishna, Barry N Kreiswirth, Natalia Kurepina, James Galagan, Sebastien Gagneux, Bruce Birren, Eric J Rubin, Eric S Lander, Pardis C Sabeti & Megan Murray. Genomic analysis identifies targets of convergent positive selection in drug-resistant Mycobacterium tuberculosis. Nature Genetics, 01 September 2013; doi:10.1038/ng.2747

Hassan Safi, Subramanya Lingaraju, Anita Amin, Soyeon Kim, Marcus Jones, Michael Holmes, Michael McNeil, Scott N Peterson, Delphi Chatterjee, Robert Fleischmann & David Alland. Evolution of high-level ethambutol-resistant tuberculosis through interacting mutations in decaprenylphosphoryl-β-D-arabinose biosynthetic and utilization pathway genes. Nature Genetics, 01 September 2013; doi:10.1038/ng.2743

Iñaki Comas, Mireia Coscolla, Tao Luo, Sonia Borrell, Kathryn E Holt, Midori Kato-Maeda, Julian Parkhill, Bijaya Malla, Stefan Berg, Guy Thwaites, Dorothy Yeboah-Manu, Graham Bothamley, Jian Mei, Lanhai Wei, Stephen Bentley, Simon R Harris, Stefan Niemann, Roland Diel, Abraham Aseffa, Qian Gao, Douglas Young & Sebastien Gagneux. Out-of-Africa migration and Neolithic coexpansion of Mycobacterium tuberculosis with modern humans. Nature Genetics, 01 September 2013; doi:10.1038/ng.2744

Hongtai Zhang, Dongfang Li, Lili Zhao, Joy Fleming, Nan Lin, Ting Wang, Zhangyi Liu, Chuanyou Li, Nicholas Galwey, Jiaoyu Deng, Ying Zhou, Yuanfang Zhu, Yunrong Gao, Tong Wang, Shihua Wang, Yufen Huang, Ming Wang, Qiu Zhong, Lin Zhou, Tao Chen, Jie Zhou, Ruifu Yang, Guofeng Zhu, Haiying Hang, Jia Zhang, Fabin Li, Kanglin Wan, Jun Wang, Xian-En Zhang & Lijun Bi. Genome sequencing of 161 Mycobacterium tuberculosis isolates from China identifies genes and intergenic regions associated with drug resistance. Nature Genetics, 01 September 2013; doi:10.1038/ng.2735
本帖最后由 Ryan 于 2013-9-3 12:32 编辑

转自生物通:
http://www.bioon.com/biology/sars/581132.shtml

Nat Genet:复旦大学学者携手9国科学家共立结核病起源新说

复旦大学9月2日披露,该校上海医学院专家高谦(及其博士 罗涛)等与包括瑞士、英国在内的9国科学家共同合作,经过3年余研究,发现了结核病的真正起源。医学家们以确凿的证据表明“结核病早在7万年前就与人类共存于现代人的发源地——非洲,并伴随着人类的大迁移‘走出非洲’,传播至全球各地”。

该研究纠正了以往学术界“结核病的是在约1万年前的新石器时期由圈养的野生动物传给人类”的起源观点。业内人士表示,该成果对当前人类正确了解结结核病的演化过程,采取先进手段早发现、早治疗结核病,并防止其进一步向耐药及高致病性方向发展有重要意义。

校方披露,国际顶尖期刊《自然·遗传学》杂志2日在线发表了该研究成果。

据悉,结核病是由结核分枝杆菌引起的一种古老的传染病,以潜伏期长、致死率高为主要特征。迄今为止,结核病与艾滋病、疟疾一起,仍是严重危害人类健康的主要传染病。3年前,髙谦课题组与多过科学家共同收集了全球具有代表性的259株结核分枝杆菌临床菌株,并通过全基因组测序和群体遗传学分析,详细绘出这些菌株的进化历程。课题组称,结果发现:259株菌株的共同祖先早在7万年前就存在于非洲的现代人类中,而并非1万年前由圈养的野生动物传给人类。

科学家们的研究同时发现和证实,人类社会发展与结核分枝杆菌主要致病特征的形成密切相关。也就是说,结核分枝杆菌在与人类共同进化的过程中,为适应生存环境,愈来愈“聪明”:可在人体内潜伏数年,甚至数十年,且致死率高。

研究称,距今约1万年前的新石器时期,随着人类开始从事农业和畜牧,全球人口数量及密度日益增加,结核分枝杆菌致病性和传播能力增强,并迅速在人群中扩张,最终导致各地区结核病爆发,且逐渐进化出了目前依然在全球流行的强致病性“现代”型结核分枝杆:比如,1995年发现的已在中国流行数千年的北京家族菌株等。

据介绍,近年来,由于全球人口进一步增长及城市化带来的人口密度剧增,为结核分枝杆菌“创造”了有利的传播环境。目前,虽然抗生素可对结核病进行有效的治疗,但由于耐药结核病的出现,全球结核病防控面临挑战。根据此项研究成果,人类如何阻断结核病的传播,防止其进一步向耐药及高致病性方向进化,将成为亟待解决的问题。(生物谷 Bioon.com)
本帖最后由 Ryan 于 2013-9-3 13:09 编辑

对于人类迁徙的启示:

西非的Lineage5/Lineage6与动物身上感染的MTBC(人结核杆菌)以及坎纳分歧杆菌M.canettii在系统树上的关系最近,说明这些支系最接近野外环境的分歧杆菌。这说明MTBC是在非洲起源的。

最早分出的支系Lineage1,出现在东非,环印度洋区域以及菲律宾。这可能对应了人类最早的那一次最终到达澳大利亚和美洲的沿海迁徙。(东南亚,新几内亚岛和澳大利亚的分布不明)。

埃塞俄比亚的的特殊分支 Lineage7,可能代表当地诞生的本土独特的支系。

此外,遍布欧洲,东非/北非,中亚和东亚的分支属于  mordern MTBC这一大支。(我印象里南亚也是这一支占多数)。这可能代表了欧亚人相对其他人群的更晚的分化。这一点与 人类常染色体的数据是一致的。
如果与 Y染色体简单对应的话,非洲独有的那些分支,可以认为与父系为A0,A1, B的人群伴随。 环印度洋直至菲律宾的类型,可认为与 父系为 C/D的人群伴随。父系D 太古老,与之伴随的细菌类型是否能保留下来还是未知。 另外一方面,澳洲附近的  C2/C4的系统树地位尚不确定, 并不一定是最早的那一批。
问题越来越清晰了吧,是印度沿海路线还是西亚-中亚-南西伯利亚的石叶工业路线,非常清晰。
中亚和东亚的是一支,印度洋和菲律宾是一支,文章我还没仔细看,估计菲律宾并不单纯。
Yungsiyebu 发表于 2013-9-3 00:26
铁定与石叶工业路线有关的欧洲美洲非洲支在东亚却没有。
当然,如果有饼图更好。
O3a3c* (M134+, M117-)
文章中的颜色让人迷惑,仔细看了附件中的图,与东亚聚在一起的应该是东南亚,与西亚聚在一起的才是中亚。
O3a3c* (M134+, M117-)
这里面有两张图,仔细比对了一下,与东亚聚在一起的确为东南亚,中亚没有自己独特的类型。
O3a3c* (M134+, M117-)
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