通过从其他链球菌物种中获取基因来扩展B组链球菌血清型的种类库

《Microbiology Spectrum》：Expansion of the Group B Streptococcus serotype repertoire via gene acquisition from other streptococcal species

GBS血清型VIII的cspR基因编码鼠李糖转移酶，是合成含鼠李糖的特异性胶囊的关键。通过序列比对发现，cspR与S. suis和S. gallolyticus的保守蛋白高度相似，支持跨物种水平基因转移（HGT）理论。体内实验显示缺失cspR的突变体竞争力显著下降，证实其胶囊合成功能的重要性。HGT可能为GBS产生新血清型提供机制，可能影响现有疫苗效力。

　　### 研究背景与意义

**群B链球菌（Group B Streptococcus, GBS）** 是全球范围内导致新生儿疾病的主要病原体之一。它不仅在产道中与宿主共存，还可能引发一系列严重感染，如脑膜炎和败血症。此外，近年来GBS也被发现是某些非孕妇成人感染的重要病原体。为了有效预防这些感染，科学家们开发了一种基于**荚膜多糖（capsular polysaccharide, CPS）** 的疫苗，该疫苗覆盖了六种最常见且与疾病相关的GBS血清型（Ia、Ib、II、III、IV、V）。然而，除了这六种疫苗血清型之外，还有四种较少见但仍在人群中传播的非疫苗血清型（VI至IX）。这些血清型在某些地区，如东亚和东南亚，具有较高的感染率，可能成为疫苗接种后的一种潜在威胁。

研究团队特别关注了**血清型VIII**。这种血清型最初于1980年代在日本被描述，当时它在孕妇中的定植率较高。然而，随着时间推移，其在其他国家的定植和感染率相对较低，但在2000年代后，血清型VIII在全球范围内逐渐显现，尤其是在东亚地区。最近，一项韩国研究发现，在孕妇中血清型VIII的定植率高达20%。此外，血清型VIII还被发现可以导致新生儿和成人的侵袭性感染。尽管血清型VIII并未被纳入现有的多糖疫苗，但它的存在意味着疫苗可能无法完全覆盖所有潜在致病菌株，进而可能导致**血清型替代（serotype replacement）** 的风险。

### 研究发现与意义

研究人员发现，**血清型VIII的荚膜多糖结构** 与其他GBS血清型存在显著差异。最突出的是，血清型VIII的荚膜中包含一种名为**半乳糖（rhamnose）** 的糖类，而其他血清型通常不含有这种成分。这种独特性表明，血清型VIII的荚膜可能不是通过传统进化方式形成的，而是**通过水平基因转移（horizontal gene transfer, HGT）** 从其他链球菌物种中获得的。为了验证这一假设，研究团队重点研究了编码**半乳糖转移酶（rhamnosyltransferase）** 的基因**cpsR**，并发现该基因在血清型VIII中是唯一的。

研究人员通过一系列实验，包括**基因敲除和互补实验**，发现**cpsR** 对血清型VIII的荚膜形成至关重要。当**cpsR** 基因被删除后，血清型VIII的菌株不再被特定的血清型抗体识别。而当研究人员将**来自其他链球菌的同源基因（如S. suis的cpsF和S. gallolyticus的cpsF）** 引入到该菌株中后，其荚膜形成能力得以恢复。这说明**其他链球菌的基因可以被GBS利用**，以构建其独特的荚膜结构。

此外，研究人员在**小鼠阴道共定植模型** 中进一步验证了血清型VIII的荚膜对细菌生存和竞争能力的影响。实验结果显示，**野生型血清型VIII菌株在体内具有显著的竞争优势**，能够更有效地在阴道环境中定植并排斥基因敲除菌株。这一结果支持了HGT在血清型VIII的形成过程中扮演了重要角色。

### 水平基因转移的机制与意义

研究团队认为，**水平基因转移是血清型VIII出现的关键机制**。这一过程使得GBS能够从其他链球菌物种中获取特定的基因，从而改变其荚膜结构。这种机制不仅为血清型VIII的起源提供了新的解释，也揭示了GBS可能通过HGT产生新的血清型，进而逃避疫苗保护的可能性。

在研究过程中，科学家们发现，**血清型VIII的 cpsR 基因与 S. suis 的 cpsF 基因具有高度相似性**，并且这些基因在功能上可以相互替代。这一发现表明，**不同物种之间的基因交流在GBS的进化过程中起到了重要作用**。这种基因转移可能发生在多种宿主之间，包括人类、猪、牛等，使得GBS具有更大的基因多样性。

### 潜在威胁与未来研究方向

由于血清型VIII的荚膜结构与现有疫苗覆盖的血清型不同，**如果该血清型在疫苗接种后出现显著增加，可能对疫苗的有效性构成威胁**。因此，研究团队建议加强对这类血清型的监测，以便及时应对可能的疫苗逃逸现象。

此外，研究还揭示了**GBS的基因组具有较高的可塑性**，这使其更容易通过HGT获得新的基因。例如，某些GBS菌株可以感染多个宿主，这增加了它们与不同链球菌物种接触的机会，进而增加了基因转移的可能性。因此，**了解和预测这些基因转移事件**，对于开发更全面的疫苗和预防策略至关重要。

### 与其他研究的关联

这项研究与此前关于**肺炎链球菌（Streptococcus pneumoniae）** 的研究有相似之处。例如，已有研究表明，肺炎链球菌的某些血清型可能通过HGT获得其他链球菌的基因，从而形成新的荚膜结构。类似地，GBS也可能通过与周围链球菌的基因交换，形成新的血清型。这种机制不仅适用于GBS，也可能适用于其他细菌种类，从而增加其适应性和致病性。

### 研究方法与技术细节

为了验证这些假设，研究人员采用了多种实验方法。首先，他们使用**BLASTp** 工具对GBS的 cpsR 基因与其他链球菌物种的基因进行了比较，发现S. suis和S. gallolyticus的基因与GBS的 cpsR 基因最为相似。接着，他们构建了**最大似然法（maximum-likelihood method）** 的系统发育树，以进一步分析这些基因之间的进化关系。

此外，研究团队还进行了**基因敲除实验**，以确定 cpsR 基因在血清型VIII荚膜形成中的作用。通过在实验室环境中创建**缺失 cpsR 的菌株**，他们发现这些菌株无法形成血清型VIII的荚膜，也无法被特定的抗体识别。随后，他们通过**互补实验**，将其他链球菌的同源基因引入到缺失 cpsR 的菌株中，以观察是否能够恢复其荚膜形成能力。实验结果显示，**来自S. suis和S. gallolyticus的同源基因确实可以恢复血清型VIII的荚膜结构**，进一步支持了HGT的理论。

### 结论与展望

综上所述，这项研究揭示了GBS血清型VIII的起源可能与**水平基因转移有关**。通过获取其他链球菌的基因，GBS能够形成独特的荚膜结构，这不仅有助于其在宿主中的定植，还可能影响疫苗的有效性。因此，未来的研究应关注如何监测和应对这种基因转移事件，以确保疫苗能够有效覆盖所有可能的致病菌株。此外，进一步探索GBS与其他链球菌之间的基因交流机制，将有助于理解其进化路径，并为开发更全面的疫苗提供理论支持。