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这篇研究聚焦于霍乱病原菌(Vibrio cholerae)。从喀麦隆北部水源分离出非 O1/O139 型霍乱弧菌(NOVC)及副霍乱弧菌(V. paracholerae),发现其与肯尼亚、阿根廷菌株相关,存在毒力基因,提示有传播风险,强调应扩大霍乱监测范围。
### 研究背景
霍乱是由霍乱弧菌(Vibrio cholerae)引起的急性腹泻疾病,每年影响近三百万人,导致全球超 9.5 万人死亡,撒哈拉以南非洲地区负担最重。喀麦隆北部是霍乱高发区,卫生条件差、饮水和卫生设施不足、人员流动频繁等因素加剧了霍乱传播。尽管疫苗接种有一定作用,但挑战仍存。
以往研究多关注 O1 和 O139 血清群霍乱弧菌,对非 O1/O139 型霍乱弧菌(NOVC)了解较少。NOVC 在环境中广泛存在,部分携带毒力基因,可能在霍乱传播和遗传进化中发挥重要作用。此外,与霍乱弧菌密切相关的副霍乱弧菌(V. paracholerae)也具有潜在致病性,常被误认,需进一步研究。
研究方法
- 样本采集与菌株分离:2018 年和 2021 年在喀麦隆北部受霍乱疫情影响地区采集水样,记录水源坐标,经过滤、富集、培养等步骤分离菌株,通过革兰氏染色、氧化酶试验和 API 20E 试剂盒鉴定,将菌株送往加拿大和新加坡测序。
- DNA 提取与测序:对分离菌株进行培养,提取 DNA,通过 viuB PCR 和 16S rRNA 扩增测序确认菌株类型,对 viuB 阳性菌株进行全基因组测序,两批样本分别在不同实验室采用不同方法测序。
- 基因组分析:对原始测序数据进行质量控制和组装,通过平均核苷酸同一性(ANI)和数字 DNA-DNA 杂交(dDDH)进行物种分类,鉴定抗生素抗性基因和序列类型(ST),对 viuB 基因分型。利用多种工具进行比较基因组分析、系统发育分析和核心基因组多位点序列分型(cgMLST)分析。
研究结果
- 菌株分离与基因特征:从喀麦隆北部淡水水源分离出 19 株霍乱弧菌和 1 株副霍乱弧菌。系统发育分析显示,部分喀麦隆菌株与肯尼亚环境菌株、阿根廷临床菌株聚类,存在潜在进化联系。副霍乱弧菌首次在撒哈拉以南非洲地区被官方报道,携带独特的 viuB - 5 基因。
- 毒力基因分析:喀麦隆菌株毒力基因多样,多数不含霍乱毒素(CTX)基因,但部分菌株含有其他毒力基因,如 Cam23 菌株含有 ace 和 zot 基因,RTX 基因簇部分存在。部分菌株还含有与毒力相关的 toxR、hylA、ompU 和 hapA 等基因,部分基因存在变异。此外,部分菌株携带非典型毒素共调节菌毛(TCP)的 tcpA 基因,Cam23 菌株还含有完整的辅助定植因子(acf)簇。部分菌株存在抗生素抗性基因,如 blaCARB - 7、qnrVC 和 catB9 等,分别对氨苄青霉素、环丙沙星和氯霉素有抗性。
- 潜在传播分析:通过系统发育、毒力谱和 cgMLST 分析,发现喀麦隆 NOVC 菌株与肯尼亚、阿根廷等地区菌株密切相关,可能通过人类携带者跨地区传播。例如,Clade1 菌株与肯尼亚环境菌株,Clade2 的 Cam23 菌株与阿根廷临床菌株在进化和流行病学上存在联系。通过 SNP 差异推测菌株分化时间,与霍乱大流行菌株的传播模式相似。
- 水平基因转移分析:BLAST 和系统发育分析表明,喀麦隆菌株的 tcpA 基因与 O1 古典型 tcpA 基因相似,存在水平基因转移(HGT)现象。Clade1 菌株的 tcpA 基因与 O1 古典型差异小,Clade2 的 Cam23 菌株的 tcpA 基因与阿根廷临床菌株相似,暗示基因在不同菌株间转移,影响霍乱弧菌的遗传进化。
研究结论
非 O1/O139 型霍乱弧菌可能借助人类宿主在不同地理区域传播,其与流行菌株共循环且共享毒力因子,在霍乱弧菌进化和传播中的作用需重新评估。应扩大非洲地区的基因组监测范围,纳入环境菌株,进一步研究 NOVC 菌株在喀麦隆北部地区的流行情况及其在霍乱爆发中的作用。