细菌耐药基因数据库ARDB的原理和使用方法

摘 要:

通过抗性基因数据库对耐药基因的鉴定挖掘是常用手段。常用的抗性基因数据库主要包括ARDB和CARD两个数据库,在此介绍了ARDB数据库的原理和使用方法。ARDB(Antibiotic Resistance Genes Database)数据库包含细菌多种抗性基因数据,其核心功能主要包括:基因信息查询、序列比对注释以及同源序列对比。

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耐药微生物研究最为核心的部分就是耐药基因的鉴定与挖掘。通过对耐药基因的分析,我们可以了解其进化发展历史,也可以解开其耐药机制,为后续药物开发以及疾病治疗提供重要参考资料。

现阶段,通过抗性基因数据库对耐药基因的鉴定挖掘是常用手段。常用的抗性基因数据库有ARDB、AGRO、BacMet、APD3、CARD、ARG-ANNOT等。但由于AGRO只是有抗万古霉素和β-内酰胺两类抗生素的基因信息,BacMet则专注于杀菌剂和金属抗性基因,而APD3则关注抗菌多肽,因此比较而言ARDB和CARD两个数据库使用得更为广泛。在此介绍了ARDB数据库的原理和使用方法。

一、在线网址

https://ardb.cbcb.umd.edu/

二、数据库介绍

ARDB(Antibiotic Resistance Genes Database)数据库主要包含细菌病原菌的多种抗性基因数据。在2008年刚建库时候只收集了13254条抗性基因序列,通过去除质粒、人工合成、冗余以及不完整序列之后,最后整理了4545条核心信息序列。到2009年7月左右,数据库最终扩增到23137条序列(未筛选)。然后结合GO、KEGG等信息,通过该数据库的注释,可以找到耐药性相关基因的名称,所耐受的抗生素种类等信息。

ARDB数据库的核心功能主要分为:基因信息查询、序列比对注释以及同源序列对比。其中序列比对注释是通过BLAST来完成,具体操作见“使用说明”部分。下图是ARDB的建库原理图:

细菌耐药基因数据库ARDB的原理和使用方法

三、基因信息查询

如果疾病研究或克隆需要,要了解某类型微生物的抗性情况,可以选择在线搜索功能。打开网页,在下图中第一个条目选择要搜索的类别:如抗性类型、抗性物种等。然后在第二个条目中输入关键词信息,点击搜索,就可以找到对应抗性基因信息。如下图,第一列选择抗性类型,第二列则填写tetracycline这一类抗生素信息,就可以出来有关tetracycline的抗性基因(如tetR)。

细菌耐药基因数据库ARDB的原理和使用方法

四、序列比对注释

如下图所示,点击BLAST,就会跳转出下面的画面。如果有已知蛋白或DNA序列,想知道此序列是否为抗性基因,则可以通过“Regular BLAST”比对获得序列抗性信息。如果通过基因组测序或宏基因组测序拼接获得基因组后,想知道基因组中是否有抗性基因,则可以选择“Genome Annotation”进行比对。

细菌耐药基因数据库ARDB的原理和使用方法

五、同源序列对比

抗性基因的突变会影响抗性效果,因此很多研究需要研究抗性基因的变化情况,这可以通过序列之间的对比完成。如果需要了解某类基因的碱基变异情况,只要选择下图中的“mutation detection”,上传序列信息,选择数据库提供16S rRNA、23S rRNA、gyrA、gyrB、parC、parE、rpoB、katG、pncA、embB、folP、dfr等12类基因的参考序列,即可完成比较,挖据基因突变信息。同时,用户如果有新的测序物种,也可以选择下图的“Resistance Profiles Comparisons”,即在全基因水平与数据库的已知物种进行抗性基因比较,在物种水平完成抗性基因进化研究。

细菌耐药基因数据库ARDB的原理和使用方法

参考文章:

Liu B, Pop M. ARDB-Antibiotic Resistance Genes Database. Nucleic Acids Res. 2009 Jan;37(Database issue):D443-7. DOI: 10.1093/nar/gkn656.

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