携带应激耐受性可转移基因座(tLST)的致病性大肠杆菌进化研究：从食品到临床环境的跨宿主传播机制与防控意义

本研究针对携带应激耐受性可转移基因座(tLST)的大肠杆菌跨环境传播问题，通过全基因组测序和生物信息学分析，揭示了tLST在巴西793株大肠杆菌中的流行特征及1914年的起源时间，发现牛奶源菌株携带完整tLSTCP010237变异体和高致病性岛(HPI)基因，证实其通过获得毒力/耐药基因实现食品-临床环境双向传播，为食源性病原体防控提供重要依据。

　　

论文解读

在食品安全与公共卫生领域，致病性大肠杆菌(Escherichia coli)始终是重大威胁。全球每年因耐药性细菌感染导致的死亡病例中，大肠杆菌位居第二，仅2019年就造成超50万人死亡。更令人担忧的是，这类病原体正通过获得新型遗传元件突破环境屏障——其中应激耐受性可转移基因座(transmissible locus of stress tolerance, tLST)赋予菌株抵抗高温、消毒剂等极端条件的能力，而高致病性岛(high-pathogenicity island, HPI)则增强其宿主侵袭力。这两种基因元件如何在大肠杆菌中进化传播？它们是否促成病原体在食品链与临床环境间的双向流动？这些问题直接关系到防控策略的制定。

来自巴西的研究团队在《Scientific Reports》发表的研究，首次系统揭示了tLST在巴西大肠杆菌中的分子流行病学特征。通过对1964-2021年间793株分离自食品（主要为牛奶）、环境和临床样本的菌株进行全基因组分析，结合分子钟模型和表型关联研究，不仅追溯了tLST的起源时间，更发现牛奶源菌株作为完整tLST变异体的主要储存库，同时携带HPI等毒力基因，形成独特的"环境适应-宿主侵袭"双重能力。

研究采用Illumina HiSeq 2500平台完成29株牛奶源耐热大肠杆菌的基因组测序，联合NCBI数据库764株巴西菌株构建分析队列。通过Panaroo进行泛基因组分析，利用TreeTime构建时间进化树，采用Scoary2开展基因组关联研究。关键实验技术包括：核心基因组多位点序列分型(cgMLST)、毒力基因数据库(VFDB)筛查、抗性基因预测(AMRFinderPlus)以及生物膜相关基因分析(BioSim平台)。

tLST在巴西大肠杆菌中的流行特征
研究发现10%菌株携带tLST，其中牛奶源菌株显著富集完整tLST_CP010237变异体（占全长变异体的87.5%）。该变异体含独特基因簇如ftsH（膜蛋白质量控制）和ybhO（高渗透压应答），不同于早期报道的LHR1型。临床源菌株则主要携带部分tLST片段（11-67%），提示食品加工环境的选择压力驱动了完整基因座的保留。

分子钟揭示的进化历程
基于ST10谱系菌株的SNP分析显示，tLST最近共同祖先(MRCA)可追溯至1914年，恰逢巴氏杀菌技术工业化应用时期。进化树形成两大分支：Clade A包含1950年代古老菌株，Clade B则以现代分离株为主，包括本研究牛奶源菌株1206/1207。时间节点与食品工业技术变革的高度吻合，暗示加工工艺可能推动tLST的选择性保留。

毒力基因与宿主适应性
38.5%菌株携带耶尔森菌HPI基因，其中4株牛奶源菌株具有完整HPI^AL590842。值得注意的是，tLST阳性菌株同时携带123-165种毒力基因，包括黏附素(fimH)、生物膜调控蛋白(mrkABCD)等。泛基因组分析揭示27,511个基因中21,801个为附属基因，显示菌株通过基因水平转移快速获得环境适应力。

耐药与持久性特征
牛奶源菌株呈现独特的抗性谱：除β-内酰胺酶等经典耐药基因外，对重金属（汞抗性基因mer）、季铵盐（qac）及酸性环境（酸应激基因）的抗性基因显著富集。生物膜相关基因检测发现17种功能基因，其中mrkABCD操纵子与医疗器械相关感染密切相关。

讨论与意义
该研究首次证实tLST与HPI在大肠杆菌中的共存现象，构建了"食品-临床"传播链的分子证据。1914年的起源时间提示工业化食品加工可能是tLST进化的选择压力源，而牛奶作为完整tLST的主要载体，其巴氏杀菌工艺（通常62-65°C/30分钟）可能正选择出耐热亚群体。更值得警惕的是，菌株通过质粒（IncF型等）同时携带毒力与耐药基因，形成可跨环境传播的"超级适应体"。

研究为食源性病原体风险评估提供了三项关键启示：需重新评估现行巴氏杀菌标准对tLST菌株的杀灭效果；食品加工环境可能成为耐药基因的"孵化器"；HPI阳性菌株在食品中的出现预示新的食源感染风险。这些发现直接指导了监测策略的优化——建议将tLST筛查纳入食品微生物常规检测体系，并对牛奶加工链实施从农场到餐桌的分子流行病学监控。