来自低发病率地区的球孢子菌基因组揭示了这种病原体在美国西部复杂的迁移历史

《Microbiology Spectrum》：Coccidioides genomes from low-incidence states reveal complex migration history across the western United States

美国西部低发病率州（犹他、科罗拉多、内华达）的Coccidioides真菌基因组测序显示，C. posadasii存在多次独立引入事件，而C. immitis病例与旅行相关。系统发育分析表明，C. posadasii主要源自亚利桑那州，C. immitis则与加利福尼亚州关联性最强，揭示该真菌通过邻省扩散的复杂传播模式。

　　本文探讨了谷热病（Coccidioidomycosis）的病原体——球孢子菌（Coccidioides）在北美西部低发病率地区（如犹他州、科罗拉多州和内华达州）的传播与演化模式。谷热病是由球孢子菌属的两种主要病原体——Coccidioides immitis 和 Coccidioides posadasii 引起的一种真菌感染疾病，主要发生在干旱和半干旱地区的美洲。近年来，该病的发病率在西部地区显著上升，尤其是在加利福尼亚州和墨西哥下加利福尼亚州等传统高发区，但其在低发区的传播机制和演化过程仍缺乏系统研究。为了填补这一知识空白，研究团队收集了2023年1月至2024年11月期间提交至全国诊断实验室的球孢子菌阳性临床分离株，并对其中的27个样本进行了全基因组测序。此外，还对来自加利福尼亚州的22个样本进行了测序。对于犹他州的患者，研究团队还回顾了其医疗记录，以评估可能的旅行史。

研究结果显示，在27个新测序的样本中，有3个被鉴定为C. immitis，其余24个为C. posadasii。值得注意的是，C. immitis 的分离株全部来自一位犹他州患者，且该患者有近期前往南加州的旅行记录，表明其感染可能源于外地。相比之下，犹他州、科罗拉多州和内华达州的C. posadasii分离株在系统发育树上呈现出多样化的分布，而非单一的地理集群。这一发现提示，这些地区的球孢子菌感染并非由单一来源引入，而是经历了多次独立的传播事件。通过祖先区域重建（ancestral area reconstruction）分析，研究进一步揭示了球孢子菌在这些低发病率地区的传播路径。

研究指出，犹他州的C. posadasii分离株主要来自亚利桑那州（概率约为50–60%），其次来自德克萨斯州（20–30%）和加利福尼亚州（10–20%）。内华达州的球孢子菌传播则主要源自加利福尼亚州（70–80%），亚利桑那州的贡献相对较小（20–30%）。科罗拉多州的C. posadasii分离株则有大约40–50%的概率来源于亚利桑那州，30–40%来自德克萨斯州，而新墨西哥州的贡献为10–20%。尽管其他地区如墨西哥、危地马拉和委内瑞拉也有一定的贡献，但其概率较低（低于10%）。这些结果表明，球孢子菌在低发病率地区的传播并非单一线性过程，而是由多个独立的传播路径构成，且这些路径往往与高发病率地区密切相关。

进一步的分析表明，C. posadasii的共同祖先很可能位于亚利桑那州（概率为96%），而C. immitis的共同祖先则更可能位于加利福尼亚州（概率为99%）。然而，对于这两个姐妹物种的共同祖先，其可能的来源尚不明确，估计有30%的概率来自加利福尼亚州，25%来自亚利桑那州。这一发现不仅揭示了球孢子菌在不同地区之间的演化关系，还强调了其传播的复杂性。例如，犹他州的三株C. immitis分离株均来自同一患者，且该患者的旅行记录显示其曾在南加州居住，这表明其感染可能与旅行有关，而非本地传播。

从临床角度出发，研究团队还对部分犹他州患者的医疗记录进行了回顾，发现其中一位患者有明确的旅行史，而其他患者的记录则未提及可能的暴露源。尽管缺乏详细的临床数据，如症状出现的时间或疾病表现，但这些信息对于理解暴露窗口和传播路径仍有一定参考价值。此外，研究团队通过邮寄调查的方式，邀请犹他州的患者参与研究，收集他们的暴露历史和临床症状信息，进一步完善了对球孢子菌传播模式的理解。

本研究的意义在于，它揭示了球孢子菌在低发病率地区的传播并非单一事件，而是持续的、多源头的扩散过程。这种模式对公共卫生管理具有重要启示，因为传统的流行病学方法可能难以准确追踪球孢子菌的传播路径。因此，通过基因组学手段进行持续的病原体监测，不仅有助于识别新的传播模式，还能为制定针对性的防控措施提供科学依据。研究团队指出，由于球孢子菌的传播与环境条件密切相关，如温暖的气候、季节性降雨后干燥的环境以及高尘土含量的土壤，因此，气候变化和土地利用变化可能是推动其传播范围扩大的重要因素。

研究还强调了旅行史在球孢子菌传播分析中的关键作用。许多在非流行区确诊的病例，其感染源可能与前往流行区的活动有关。例如，本研究中发现的一位患者，其C. immitis感染很可能源于加利福尼亚州，尽管其症状是在犹他州被发现的。这一发现表明，临床医生在诊断谷热病时，应考虑患者的旅行史，以提高诊断的准确性。同时，基因组流行病学的整合应用，使得研究人员能够将病原体的遗传信息与患者的地理和时间信息相结合，从而更精确地追踪病原体的传播路径。

尽管研究取得了重要进展，但其也存在一定的局限性。首先，基因组采样策略可能无法全面反映所有可能的传播路径，因为某些未被检测到的菌株或地理区域可能被忽略。其次，由于研究主要基于提交至全国诊断实验室的临床分离株，因此可能遗漏了那些与较轻微症状相关或在动物循环中存在但对人类感染风险较低的菌株。此外，由于患者隐私保护的限制，研究团队仅能获取部分患者的旅行史，而无法全面了解所有可能的暴露源。因此，未来的研究应进一步扩大基因组采样范围，并加强患者暴露史的收集，以更准确地描绘球孢子菌的传播模式。

研究的另一项重要发现是，C. posadasii在低发病率地区的独立传播事件远多于C. immitis。这表明，尽管C. immitis主要分布在加利福尼亚州，但其传播模式在某些情况下可能与C. posadasii类似。此外，研究团队还发现，球孢子菌的基因组数据在不同地区的分布并不均衡，这可能影响对传播路径的全面理解。因此，加强在低发病率地区的基因组监测，有助于更全面地掌握球孢子菌的演化动态和传播趋势。

综上所述，本研究通过全基因组测序和系统发育分析，揭示了球孢子菌在低发病率地区的传播机制。研究结果表明，球孢子菌的传播并非由单一事件驱动，而是由多个独立的引入事件构成，且这些引入事件往往来自高发病率地区。此外，旅行史在球孢子菌传播分析中扮演了重要角色，提示临床医生在诊断时应考虑患者的地理背景。研究团队强调，未来需要在更广泛的地理和环境范围内进行基因组采样，并结合详细的患者暴露信息，以进一步揭示球孢子菌的传播模式和演化轨迹。这些发现不仅对公共卫生管理具有重要意义，也为全球范围内的真菌病原体监测提供了新的视角和方法。