长期残留感染作为牛结核病再次出现的根源：对复发性疫情的系统发育学和流行病学研究

《Transboundary and Emerging Diseases》：Long-Term Residual Infection as a Source of Bovine Tuberculosis Reemergence: A Phylogenetic and Epidemiological Investigation of Recurrent Outbreaks

牛结核病（Mycobacterium bovis）在加泰罗尼亚地区经历两次相隔11年的爆发，全基因组测序（WGS）揭示首次爆发后存在长期残留感染，导致牛群A在2021年再次暴发。野猪虽检测到感染，但基因分析显示其与牛群同源。研究表明残留感染和诊断滞后是防控难点，需加强分子监测和风险区域管理。

　　### 病原体与疾病背景

牛结核病（Bovine Tuberculosis, TB）是一种由牛分枝杆菌（*Mycobacterium bovis*）引起的慢性传染病，主要影响牛群，同时也具有人畜共患的特性，对公共健康和畜牧业经济造成了严重影响。全球范围内，估计有超过5000万头牛受到感染，每年造成的经济损失高达30亿美元。该病的传播路径复杂，不仅涉及牛与牛之间的直接接触，还可能通过与野生动物、其他家畜或环境因素（如水源、土壤等）的交互传播。因此，控制牛结核病需要多方面的努力，包括严格的检疫措施、有效的生物安全策略以及对潜在传播途径的深入研究。

在一些欧洲国家，牛结核病的根除工作已经取得显著进展，但在其他地区，尽管投入了大量资源，该病仍持续存在。尤其是在低流行率地区，疾病的再次爆发往往与残留感染密切相关。残留感染指的是那些未被检测到的、持续存在于动物群体中的病原体，它们可能在一段时间内不表现出明显的临床症状，从而难以被发现和清除。这种现象对最终的根除计划构成了重大威胁，因为它可能导致疾病的重新传播，使得曾经被认定为无结核病的牛群再次出现感染。

### 研究背景与目标

本研究聚焦于西班牙加泰罗尼亚地区（Catalonia, Spain）的两个牛结核病爆发事件，时间跨度长达11年。第一个爆发发生在2009年，由一种特定的* M. bovis * spoligotype（SB0120）引起，涉及四个被广泛管理的牛群。在经过一系列严格的根除措施后，这些牛群在2012年被官方认定为无结核病。然而，在2021年，同一地区再次出现由相同spoligotype引起的新的爆发，其中三个牛群受到影响，其中一个曾参与2009年的爆发。研究者对受影响的牛群以及当地捕获的野猪进行了广泛的采样，并对这些样本中的* M. bovis *菌株进行了全基因组测序（Whole Genome Sequencing, WGS），结合流行病学调查，以揭示两次爆发之间的传播关系和可能的感染源。

通过分析这些数据，研究者希望更好地理解牛结核病在低流行率环境中的再发机制，并评估残留感染在疾病传播中的作用。此外，研究还旨在为未来的结核病防控策略提供科学依据，特别是在如何识别和管理可能的残留感染源方面。这不仅有助于提高根除计划的有效性，还能减少对畜牧业和公共卫生的潜在威胁。

### 研究方法与数据收集

研究采用了多种方法来分析牛结核病的传播动态。首先，通过流行病学调查，研究者收集了受影响牛群的详细信息，包括动物的移动情况、饲养管理方式、历史检测结果以及与野生动物的潜在接触。这些数据为理解疾病的传播路径提供了重要的背景信息。

其次，研究者对从屠宰场和野生动物中采集的样本进行了全基因组测序。在西班牙的牛结核病根除计划中，所有被检测为结核病反应的牛都会被送往屠宰场，并在此过程中进行进一步的病理学和分子生物学检测。而野猪的样本则来自加泰罗尼亚的野生动物健康监测计划，自2014年起，该计划对捕获的野生动物进行定期检测，以识别可能的病原体传播路径。

通过将这些基因组数据与流行病学信息相结合，研究者能够构建出病原体的遗传关系，并利用最小生成树（Minimum Spanning Tree, MST）等工具来分析不同菌株之间的传播关系。这种方法有助于识别出哪些动物或群体可能是主要的传播源，并评估它们在不同时间点的感染情况。

### 爆发一：2009–2012年

2009年6月，研究人员在屠宰场首次检测到一例与牛结核病相符的病变。随后，同一个月，另一头来自不同牛群的动物也表现出类似的病变。通过病理学检查和分子生物学检测，这两头动物均被确认感染了* M. bovis *。这两头牛属于同一市镇的两个牛肉牛群（A和B），并且在管理上具有一定的联系。

在爆发初期，牛群A的检测结果显示，26/99头牛呈阳性反应，而牛群B的检测结果则更为严重，有60/96头牛呈阳性。这表明牛群B可能在爆发前就已经存在感染，并且在一段时间内持续传播。然而，由于缺乏直接的动物接触记录，研究者无法确定哪一个是最初的感染源。

为了控制疫情，西班牙采取了严格的根除措施，包括对所有受感染牛群进行定期检测、淘汰阳性个体以及对相关区域进行环境清理。经过大约三年的干预，牛群A和其牧场（A^G）在2012年和2011年分别被官方认定为无结核病。然而，牛群B由于感染率过高，被彻底清空。

### 爆发二：2020–2022年

在2020年11月，研究人员在野猪中检测到一例与牛结核病相关的病变。这一发现成为了识别第二次爆发的关键线索。随后，在2021年4月，牛群A中有五头动物被检测出结核病病变，这些病变后来通过实验室检测确认为* M. bovis *感染。同一个月，牛群A中还有44/77头牛在结核病检测中呈阳性反应，显示出该牛群在短时间内再次爆发的严重性。

此外，牛群D中的一头13岁野牛也被检测出结核病病变，且该病变呈现出典型的广泛性特征（珍珠病形式）。牛群E则在2021年8月被检测出四头阳性个体，尽管它们在之前几年的检测中未被发现。这些爆发的动物分布在距离首次爆发区域不远的地方，显示出潜在的传播联系。

为了进一步确认传播路径，研究人员对野猪和牛群的样本进行了全基因组测序，并利用MST分析了不同菌株之间的遗传距离。结果显示，野猪wb1和wb2的菌株与牛群A的菌株之间存在密切的遗传关系，表明野猪可能是该病原体的传播媒介。同时，牛群E的菌株与牛群A的菌株之间的遗传距离仅为2个SNP，这进一步支持了它们之间的传播联系。

### 基因组分析与传播路径

通过全基因组测序，研究人员发现两次爆发之间的菌株存在显著的遗传相似性。特别是，牛群A在2009年和2021年的菌株之间仅相差8个SNP，这表明该牛群可能是两次爆发的共同来源。此外，野猪wb1和wb2的菌株也与牛群A的菌株具有密切的遗传关系，进一步证实了野猪在传播过程中的作用。

研究还发现，牛群A的菌株在2009年和2021年之间经历了长达12年的潜伏期，这可能与动物免疫状态的变化有关。例如，随着年龄的增长，某些动物的免疫系统可能变得更为脆弱，从而导致原本潜伏的感染重新激活。这种现象在牛群D的13岁野牛中得到了验证，其菌株与2009年的菌株之间仅相差5个SNP，表明它可能在第一次爆发时就已经感染，并在随后的多年中未被发现。

此外，牛群E的菌株与牛群A的菌株之间的遗传距离非常小（仅2个SNP），这表明它们之间可能存在直接或间接的传播路径。尽管没有明确的动物接触记录，但研究者认为，这可能是由于牛群之间存在共享水源或其他间接接触方式。这也提示了在高风险地区，对牛群之间以及与野生动物的潜在接触进行更频繁的监测和调查的重要性。

### 流行病学调查与管理措施

在两次爆发的调查过程中，研究人员发现了一些重要的管理因素，这些因素可能促进了疾病的传播。例如，牛群A和B的管理方式较为宽松，缺乏严格的生物安全措施，这使得病原体在不同牛群之间传播的可能性大大增加。此外，牛群A和D之间仅由一道电围栏分隔，且可能共享水源，这为疾病的间接传播提供了可能的途径。

在第一次爆发后，研究人员采取了严格的根除措施，包括对所有阳性个体进行淘汰、对整个牛群进行定期检测以及对相关区域进行环境清理。然而，这些措施并未完全消除残留感染的可能性。特别是在低流行率地区，检测方法的敏感性和特异性可能不足以发现所有潜在的感染源，导致一些感染未被及时识别。

### 残留感染的潜在影响

残留感染对结核病根除计划构成了重大挑战。一方面，它可能导致疾病在一段时间内持续存在，即使所有检测结果均为阴性；另一方面，它还可能成为新爆发的源头。在本研究中，牛群A的残留感染被认为是两次爆发之间的主要联系，这表明即使在一次爆发被控制后，仍有可能存在未被发现的感染源。

此外，残留感染还可能通过不同的机制导致疾病重新传播。例如，某些动物可能在检测时未表现出明显的反应，但仍然携带病原体，从而成为潜在的传播源。这种现象在牛群D的13岁野牛中得到了验证，其感染在第一次爆发时未被发现，但在随后的检测中被识别。这提示了在管理过程中，对老年动物进行更频繁的检测和淘汰可能是防止疾病再发的重要措施。

### 基因组分析的局限性

尽管全基因组测序为研究提供了重要的遗传信息，但该方法仍存在一定的局限性。例如，并非所有感染动物都会被送往实验室进行检测，这可能导致部分菌株未被纳入分析，从而影响对传播路径的完整重建。此外，检测方法的灵敏度和特异性也可能对结果产生影响，特别是在低流行率地区，检测结果可能受到环境因素或动物免疫状态的干扰。

为了弥补这些局限性，研究者建议在未来的根除计划中，结合更多的流行病学调查和基因组数据，以更全面地识别潜在的传播源和感染路径。同时，加强检测频率和生物安全措施，特别是在高风险地区，可能有助于减少残留感染的发生和传播。

### 结论与建议

本研究揭示了牛结核病在低流行率地区的再发机制，特别是在残留感染和隐性传播方面。研究结果表明，即使在一次爆发被控制后，仍有可能存在未被发现的感染源，这些感染源可能成为新爆发的源头。因此，未来的结核病防控策略需要更加关注这些潜在的传播途径，特别是在管理措施和检测方法方面。

建议采取以下措施以提高根除计划的有效性：首先，增加检测频率，特别是在高风险地区，以确保能够及时发现残留感染；其次，加快对老年动物的淘汰，因为它们可能更容易发生免疫系统下降，从而导致疾病的再激活；第三，加强生物安全措施，防止不同牛群之间的交叉感染；最后，对野生动物进行更频繁的监测，以识别潜在的传播媒介。

这些措施的实施将有助于减少牛结核病的再发风险，提高根除计划的成功率，同时保护公共健康和畜牧业的可持续发展。此外，研究还强调了在低流行率地区，残留感染和隐性传播对疾病控制的挑战，提示需要更加全面和系统的防控策略。