埃塞俄比亚农村婴幼儿弯曲菌与肠道病原体宿主聚类特征及共感染模式研究

《Microbiome》：Host clustering of Campylobacter species and enteric pathogens in a longitudinal cohort of infants, family members and livestock in rural Eastern Ethiopia

本研究针对资源匮乏地区弯曲菌感染高发与儿童发育迟缓的公共卫生问题，通过宏基因组学方法系统分析了埃塞俄比亚农村婴幼儿、家庭成员和家畜中弯曲菌物种多样性及共感染特征。研究发现婴幼儿早期即可暴露于多种弯曲菌物种，其中空肠弯曲菌(C. jejuni)为优势菌种，且与沙门氏菌(Salmonella)、志贺氏菌(Shigella)等肠道病原体存在显著共现模式，揭示了家禽-人类传播链在弯曲菌传播中的关键作用，为发展中国家儿童肠道感染防控提供了重要科学依据。

　　

在资源匮乏的农村地区，家畜与人类密切共居的环境为弯曲菌(Campylobacter)等人畜共患病原体的传播创造了理想条件。这类感染不仅是导致儿童腹泻的重要原因，更与环境性肠功能障碍(EED)及生长发育迟缓密切相关。尽管空肠弯曲菌(C. jejuni)和结肠弯曲菌(C. coli)是全球范围内人类弯曲菌病的主要致病种，但近年来分子生物学研究揭示，在低收入和中等收入国家(LMICs)中，弯曲菌的物种多样性远超出传统认知范围。由于常规培养方法和靶向分子检测技术的局限性，许多非空肠弯曲菌/结肠弯曲菌物种如简明弯曲菌(C. concisus)、乌普萨拉弯曲菌(C. upsaliensis)以及新发现的"候选婴儿弯曲菌(Candidatus Campylobacter infans)"等物种的流行情况、生态分布和临床意义仍知之甚少。埃塞俄比亚作为腹泻病高发国家，其农村地区特有的家庭养殖模式使得婴幼儿早期即暴露于复杂的微生物环境，但关于该地区人类-家畜界面弯曲菌物种多样性及传播动力学的研究仍存在显著空白。

为深入探究这一科学问题，Mekuria等研究人员在《Microbiome》期刊上发表了最新研究成果。研究团队在埃塞俄比亚东部的哈拉马亚地区开展了一项纵向队列研究，时间跨度为2020年12月至2022年6月。研究纳入了106名婴儿(年龄范围7天至13个月)及其家庭成员(母亲和兄弟姐妹)，以及家庭饲养的家畜(牛、鸡、山羊和绵羊)。通过采集婴儿月度粪便样本、家庭成员粪便样本和家畜粪便样本，最终从40个弯曲菌阳性家庭中筛选出280份质量合格的样本进行宏基因组测序分析。

关键技术方法包括：使用QIAamp Power Fecal Pro DNA试剂盒提取基因组DNA，通过Illumina NextSeq 2000平台进行鸟枪法宏基因组测序(2×150 bp)；利用CZ-ID流程(Illumina mNGS Pipeline v7.1)进行生物信息学分析，包括宿主序列过滤、质量控制和分类学注释；采用JMP PRO 16软件进行统计分析，包括主成分分析(PCA)、层次聚类和Split K-mer分析(SKA)等方法探索微生物群落结构、弯曲菌物种分布和遗传关系。

微生物组组成具有强烈的宿主驱动特征

研究发现微生物组组成主要受宿主类型影响，共检测到3844个属，两个主成分解释了总变异的62%。不同样本类型间的微生物多样性和均匀度存在显著差异(ANOVA，Shannon和Simpson，p<0.001)，婴儿粪便样本的微生物多样性显著低于其他所有样本类型。主成分分析将微生物群落清晰地按样本类型聚类，成分1(约50%变异)主要由反刍动物样本驱动，成分2(约13%变异)则主要由人类样本和鸡粪便样本贡献。

弯曲菌物种呈现明显的宿主聚类模式

研究共鉴定出21种优势弯曲菌物种，它们在人类、反刍动物和广宿主中显示出明显的聚类模式。广宿主集群包括最普遍的物种：空肠弯曲菌(C. jejuni)、简明弯曲菌(C. concisus)和结肠弯曲菌(C. coli)，这些物种在各种样本类型中均有出现。人类特异性集群包括主要存在于人类样本中的弯曲菌物种，如候选婴儿弯曲菌(C. infans)和乌普萨拉弯曲菌(C. upsaliensis)。反刍动物特异性集群包含12种弯曲菌物种，如维克尼亚弯曲菌(C. vicugnae)和加利福尼亚弯曲菌(C. californiensis)。

弯曲菌物种存在频繁的共感染现象

研究发现弯曲菌物种在粪便样本中经常共同出现，特别是空肠弯曲菌(C. jejuni)与结肠弯曲菌(C. coli)、简明弯曲菌(C. concisus)和肖氏弯曲菌(C. showae)等物种对表现出较高的共现可能性(Pr>0.5)。鸡源弯曲菌物种与人类样本(母亲r=0.76，兄弟姐妹r=0.61，婴儿r=0.54)呈强正相关，表明家禽可能是人类弯曲菌感染的重要来源。

弯曲菌与其它肠道病原体存在共循环模式

研究发现空肠弯曲菌(C. jejuni)与其它重要肠道病原体如沙门氏菌(Salmonella)和志贺氏菌(Shigella)经常共同出现，特别是在人类和鸡样本中。在婴儿腹泻样本中观察到空肠弯曲菌与三种志贺氏菌物种的共同检测。沙门氏菌(肠炎沙门氏菌S. enterica和邦戈尔沙门氏菌S. bongori)在30个样本(11.5%)中被检测到，志贺氏菌在54个样本(20.7%)中被鉴定出来。

弯曲菌物种间存在遗传相关性

通过Split K-mer分析(SKA)评估了不同样本类型中选定弯曲菌物种(空肠弯曲菌、简明弯曲菌、候选婴儿弯曲菌和维克尼亚弯曲菌)的遗传相似性。空肠弯曲菌形成了三个主要集群，其中一些集群显示出跨宿主传播的证据，如人类和反刍动物来源的菌株聚集在一起。候选婴儿弯曲菌的分析揭示了家庭内传播的可能性，同一家庭内的婴儿、母亲和兄弟姐妹样本中的菌株呈现遗传聚类。

本研究通过宏基因组学方法全面揭示了资源匮乏地区人类和家畜中弯曲菌的多样性特征。研究发现婴幼儿在生命早期即可暴露于多种弯曲菌物种，其中空肠弯曲菌(C. jejuni)是优势菌种，且与沙门氏菌(Salmonella)、志贺氏菌(Shigella)等肠道病原体存在显著的共现模式。弯曲菌物种呈现明显的宿主聚类特征，可分为广宿主集群、人类特异性集群和反刍动物特异性集群。遗传分析表明，空肠弯曲菌在人类和家畜(特别是鸡)之间存在传播证据，强调了家禽在弯曲菌传播中的关键作用。

该研究的创新之处在于首次在资源匮乏的农村环境中系统描绘了弯曲菌物种在人类-家畜界面的多样性和传播动态，揭示了传统诊断方法容易遗漏的非空肠弯曲菌/结肠弯曲菌物种的重要地位。研究发现婴幼儿弯曲菌感染具有早期、多样和共感染的特点，为理解资源匮乏地区儿童肠道健康问题提供了新的视角。特别是候选婴儿弯曲菌(C. infans)在人类样本中的高流行率和丰度，以及其与腹泻的潜在关联，值得进一步研究。这些发现对制定针对性的弯曲菌感染防控策略，减少儿童腹泻和发育迟缓具有重要意义，也为类似环境下的食源性疾病监测和干预提供了科学依据。