使用Bat-VFDB快速筛查布鲁氏菌毒力基因：将布鲁氏菌数据添加到毒力因子数据库中

《Microbiology Resource Announcements》：Quick screening for Brucella virulence genes with the Bat-VFDB: Brucella addition to the Virulence Factor DataBase

布鲁氏菌属毒力基因数据库构建及筛查方法研究，基于ABRicate工具整合保守毒力基因和补充基因集，通过同源 blastn 筛选构建Bat-VFDB数据库，包含208个基因用于快速鉴定布鲁氏菌属基因组中的毒力基因。

　　孙晓阳等人于2020年发表的一项研究中，提出了一种名为Bat-VFDB的数据库，该数据库旨在快速筛选和识别布鲁氏菌属（Brucella spp.）的毒力基因。这项工作对理解布鲁氏菌的毒力机制和其对人类与动物的潜在威胁具有重要意义，尤其是在应对新兴物种带来的公共卫生风险方面。通过构建这一数据库，研究人员希望为相关领域的科学家提供一个工具，以更高效地分析大量基因组数据，并识别可能具有毒力特征的基因。以下将从数据库的构建背景、毒力基因的重要性、Bat-VFDB的功能与应用、以及其在公共卫生和研究中的意义等方面，对这一研究进行深入解读。

### 布鲁氏菌与人类健康的关系

布鲁氏菌是一种能够引起人畜共患病的细菌，称为布鲁氏菌病（Brucellosis），其影响范围广泛，每年导致数百万例感染。这种疾病主要通过接触受感染动物的分泌物、组织或食用未煮熟的动物产品传播给人类。布鲁氏菌属于专性胞内菌，意味着它们必须在宿主细胞内才能繁殖和存活，这使得它们在宿主免疫系统中表现出较强的致病能力。尽管布鲁氏菌病在动物中更为常见，但人类感染同样具有严重后果，包括发热、出汗、关节疼痛、乏力等症状，甚至可能导致慢性感染和器官损害。因此，对布鲁氏菌毒力基因的识别和研究，不仅有助于理解其致病机制，也为开发有效的防控措施提供了科学依据。

### 毒力基因的识别与研究意义

毒力基因是指那些在病原体中能够增强其致病能力、促进感染过程或影响宿主免疫反应的基因。这些基因通常与病原体的生存、繁殖、逃避宿主免疫系统以及在宿主体内引发疾病的能力密切相关。在布鲁氏菌中，毒力基因的研究尤为重要，因为它们不仅决定了细菌的致病性，还影响其传播能力和宿主范围。例如，某些毒力基因可能帮助布鲁氏菌在宿主细胞内存活，或者使其能够逃避宿主的免疫防御，从而导致慢性感染。

毒力基因的识别对于研究布鲁氏菌的致病机制具有关键作用。通过分析这些基因的存在和表达，科学家可以深入了解布鲁氏菌如何在宿主体内定植、复制并引发疾病。此外，毒力基因的鉴定还能帮助识别不同布鲁氏菌物种之间的差异，进而评估它们对人类和动物的潜在威胁。例如，尽管布鲁氏菌属中的某些物种在基因组水平上非常相似，但它们的毒力潜力却可能截然不同。一些物种如布鲁氏菌小羊种（Brucella melitensis）和布鲁氏菌流产种（Brucella abortus）被认为具有极高的动物传播能力，并且能够引起严重的疾病，而布鲁氏菌羊种（Brucella ovis）则被认为不具备动物传播能力。因此，识别毒力基因不仅有助于理解布鲁氏菌的致病性，也为区分不同物种的传播潜力提供了依据。

### Bat-VFDB数据库的构建背景

Bat-VFDB数据库的构建是基于对布鲁氏菌毒力基因的系统性研究。研究团队采用了两步法来识别这些基因：首先，使用ABRicate工具对已知的布鲁氏菌毒力基因进行筛选，这些基因来源于VFDB（Virulence Factor Database）数据库。这一过程的结果是，最多可以识别出51个已知的毒力基因，这些基因存在于经典的布鲁氏菌物种中。第二步，研究团队构建了一个补充数据库，其中包含了208个额外的毒力基因，这些基因来源于文献资料和Victors数据库。Victors数据库是一个专门用于储存布鲁氏菌毒力相关基因信息的资源，涵盖了多个研究中的发现。

在构建Bat-VFDB数据库时，研究团队采取了一系列步骤，以确保数据库的准确性和实用性。首先，他们收集了所有相关毒力基因的序列信息，并对这些序列进行了去重处理，以消除重复或相似性较高的基因。对于那些在其他布鲁氏菌物种中发现但尚未明确其功能的基因，研究团队使用blastn工具从布鲁氏菌小羊种生物变种1株16M（B. melitensis biovar 1 strain 16M）中寻找同源序列，并将其替换到最终的数据库中。这一做法的原因在于，B. melitensis biovar 1 strain 16M是大多数关于布鲁氏菌毒力基因研究的参考菌株，因此使用该菌株的基因序列可以确保数据库的统一性和可靠性。

通过这一过程，Bat-VFDB数据库最终包含了208个毒力基因，其中五个基因具有两个不同的拷贝。这些基因的来源包括文献资料和Victors数据库，而它们的功能则根据已有研究进行分类。例如，某些基因可能与细菌的代谢能力有关，如参与嘌呤和嘧啶合成的基因；另一些基因可能与细菌的应激反应相关，如参与氧化应激或重金属离子转运的基因；还有一些基因可能与细菌的细胞壁结构和蛋白分泌有关，如参与脂蛋白合成或外膜蛋白的基因。此外，部分基因的功能尚不明确，因此在数据库中被标记为“未知功能”或“未鉴定”。

### Bat-VFDB的功能与应用

Bat-VFDB数据库的主要功能是支持ABRicate工具的使用，以实现对大量布鲁氏菌基因组数据的快速筛选和分析。ABRicate是一个用于分析基因组中是否存在特定基因的工具，它可以快速检测特定基因的存在与否，并提供相关的功能信息。通过使用Bat-VFDB数据库，研究人员可以对多个布鲁氏菌基因组进行批量分析，从而识别出哪些基因可能具有毒力特征。

然而，需要明确的是，Bat-VFDB数据库仅提供基因的存在信息，而不涉及这些基因的具体功能或活性。因此，该数据库不能直接用于判断某株布鲁氏菌是否具有毒力，而只能作为初步筛查的工具。在初步筛查之后，研究人员可能需要进一步的实验验证，以确定这些基因在实际感染过程中的作用。此外，数据库中的默认阈值为80%的序列相似性，这意味着只有在基因序列相似度达到这一标准时，才会被标记为“存在”或“缺失”。这一设定确保了筛选结果的准确性，同时也避免了因低相似度而导致的误判。

Bat-VFDB数据库的构建为研究人员提供了一个重要的工具，用于快速识别布鲁氏菌基因组中的毒力基因。这一工具在多个领域都有潜在的应用价值，包括流行病学研究、病原体监测、疫苗开发以及抗生素耐药性研究。例如，在流行病学研究中，研究人员可以通过分析不同布鲁氏菌物种的毒力基因，评估它们的传播潜力和致病能力。在病原体监测方面，该数据库可以帮助识别潜在的新兴布鲁氏菌物种，从而及时采取防控措施。在疫苗开发中，毒力基因的识别有助于设计针对这些基因的疫苗，以增强免疫系统的识别能力。而在抗生素耐药性研究中，毒力基因的分析可以揭示细菌的适应性机制，从而为新型抗生素的研发提供方向。

### Bat-VFDB在公共卫生中的意义

Bat-VFDB数据库的建立不仅对科学研究具有重要意义，也对公共卫生管理提供了支持。布鲁氏菌病作为一种人畜共患病，其传播和防控需要跨学科的合作，包括微生物学、流行病学、兽医学和公共卫生学。通过Bat-VFDB数据库，研究人员可以更快速地识别布鲁氏菌毒力基因，从而评估不同菌株的致病潜力和传播风险。这一信息对于制定有效的防控策略至关重要，尤其是在面对新兴布鲁氏菌物种时。

新兴布鲁氏菌物种的不断发现使得传统的毒力基因分析方法显得不够高效。Bat-VFDB数据库的构建正好解决了这一问题，因为它可以用于快速筛查和识别这些新兴物种中的毒力基因。通过这一数据库，研究人员可以更准确地评估这些物种对人类和动物的潜在威胁，从而为公共卫生机构提供科学依据。例如，如果某个新兴物种被发现具有与经典布鲁氏菌相似的毒力基因，那么它可能对人类健康构成更大的风险，需要采取更加严格的防控措施。

此外，Bat-VFDB数据库的使用还可以帮助研究人员更好地理解布鲁氏菌的进化和适应性。通过比较不同布鲁氏菌物种的毒力基因，科学家可以揭示这些细菌如何在不同的宿主环境中生存和繁殖。这种信息对于研究布鲁氏菌的进化路径以及其在不同宿主中的适应机制具有重要意义。例如，某些毒力基因可能在特定宿主中更为活跃，而另一些基因可能在不同宿主中表现出不同的功能。这种差异可能与细菌的宿主特异性有关，从而影响其传播能力和致病性。

### Bat-VFDB在研究中的应用价值

Bat-VFDB数据库的建立为研究人员提供了一个强大的工具，用于分析布鲁氏菌的毒力基因。这一数据库不仅包含已知的毒力基因，还涵盖了新兴物种中的相关基因，从而扩展了毒力基因的范围。通过使用ABRicate工具，研究人员可以快速筛查大量基因组数据，识别其中的毒力基因，并进行进一步的功能研究。这一过程不仅提高了研究效率，还降低了研究成本。

在实际应用中，Bat-VFDB数据库可以用于多个方面。例如，在流行病学研究中，研究人员可以通过分析不同地区的布鲁氏菌基因组，识别其中的毒力基因，并评估这些基因在不同环境中的分布情况。这有助于了解布鲁氏菌的传播模式以及其在不同地区的流行趋势。在病原体监测方面，该数据库可以用于检测环境中是否存在布鲁氏菌毒力基因，从而为疾病防控提供预警信息。在疫苗开发中，毒力基因的识别有助于设计针对这些基因的疫苗，以增强免疫系统的防御能力。而在抗生素耐药性研究中，毒力基因的分析可以揭示细菌的适应性机制，从而为新型抗生素的研发提供参考。

### Bat-VFDB的局限性与未来发展方向

尽管Bat-VFDB数据库在毒力基因的识别和分析方面具有显著优势，但其仍存在一定的局限性。首先，该数据库仅提供基因的存在信息，而不涉及这些基因的具体功能或活性。因此，在使用该数据库进行分析时，研究人员需要结合其他实验方法，如基因表达分析、功能验证实验等，以更全面地理解这些基因的作用。其次，该数据库的构建基于已知的毒力基因，而某些毒力基因可能尚未被鉴定或研究。因此，随着研究的深入，Bat-VFDB数据库需要不断更新和扩展，以包含更多的毒力基因。

未来，Bat-VFDB数据库的发展方向可能包括以下几个方面：一是增加更多毒力基因的鉴定，以提高数据库的全面性；二是结合更多实验数据，以确定这些基因的具体功能；三是开发更高效的分析工具，以支持更大规模的基因组数据处理；四是扩展数据库的应用范围，使其不仅限于布鲁氏菌，还可以用于其他病原体的毒力基因分析。此外，随着人工智能和机器学习技术的发展，Bat-VFDB数据库可能还可以利用这些技术，提高毒力基因的识别和分类效率。

总之，Bat-VFDB数据库的建立为布鲁氏菌毒力基因的研究提供了重要的支持，不仅提高了研究效率，还为公共卫生管理提供了科学依据。随着研究的不断深入，这一数据库将在未来发挥更大的作用，为布鲁氏菌病的防控和研究提供更加全面和准确的信息。