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为探究耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）基因组可塑性相关遗传模式，研究人员分析了中国武汉两株克隆相关 MRSA 菌株基因组。结果发现存在真核生物相关基因座，提示基因组数据污染，且菌株有噬菌体衰退等特征。该研究对防控 MRSA 意义重大。
在全球健康领域，耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（Methicillin-resistant Staphylococcus aureus，MRSA）堪称一个 “超级反派”。它不仅能在人类中引发从轻微皮肤感染到严重肺炎、败血症等一系列疾病，还会 “跨界” 感染动物，包括宠物、牲畜和马匹等 ，并在动物与人之间肆意传播，严重威胁着公共卫生安全。
MRSA 之所以如此 “嚣张”，很大程度上源于其强大的遗传适应能力。它的基因组可塑性极强，这主要得益于侧向基因转移（Lateral gene transfer，LGT）和移动遗传元件（Mobile genetic elements，MGEs）。这些遗传变化让 MRSA 不断进化，增强了致病性和耐药性，也使其能更好地在环境中存活。不过，目前对于 LGT 在更高分类水平上对 MRSA 基因组的影响，人们了解得还十分有限。尤其是跨域重组（Interdomain recombination）这种特殊的 LGT 形式，虽然它在细菌基因组进化中可能发挥着重要作用，但在 MRSA 中的研究还很不足。因此，深入探究 MRSA 的基因组奥秘，揭示其遗传变化规律，对预测新致病克隆的进化轨迹、有效防控 MRSA 感染至关重要。
来自格鲁吉亚的研究人员针对这一问题展开了研究。他们对中国武汉两株从肺炎患者身上分离出的克隆相关 MRSA 菌株 WH3018 和 WH9628 的基因组进行分析，发现了一些令人惊讶的结果。研究表明，这两株 MRSA 菌株基因组中存在与马（Equus caballus）和小鼠（Mus musculus）染色体区域高度同源的基因座，这些真核生物相关基因座的反复出现，强烈暗示了基因组数据存在交叉污染。此外，研究还发现这两株菌株的基因组中插入序列（Insertion sequences，ISs）数量显著增多且种类更加多样，同时前噬菌体大量衰退，假转座酶不断积累。这些发现为理解 MRSA 的基因组进化和传播机制提供了新线索，有助于制定更有效的防控策略，对全球 MRSA 防控工作意义重大。该研究成果发表在《BMC Microbiology》杂志上。
研究人员开展研究时用到了以下主要关键技术方法：首先，利用基本局部比对搜索工具（Basic Local Alignment Search Tool，BLAST），在 NCBI 的原核和真核基因组数据库中搜索 MRSA 菌株基因组的同源序列，以此来确定真核生物相关基因座。其次，借助 GenBank 注释信息和 PHAge Search Tool - Enhanced Release（PHASTER）分析，对 MRSA 菌株基因组中的转座元件（Transposable elements，TEs）和前噬菌体进行筛选和鉴定。最后，运用 ClustalX、SplitsTree 和 RDP4 软件包中的算法，对选定的同源基因座 DNA 序列进行比对和分析，检测是否存在遗传重组事件。
BLAST 分析确定真核生物基因座
研究人员通过 BLAST 分析，在 MRSA 菌株 WH3018 和 WH9628 的基因组中发现了多个与马和小鼠染色体特定区域相同或高度相似的基因座。例如，WH3018 基因组中有 6 个基因座，长度在 1065 - 3185bp 之间，与马和小鼠的相关区域 DNA 同源性高达 95.83 - 100%；WH9628 基因组中有 5 个基因座与马的特定区域高度相似，还有 2 个基因座与小鼠的相关区域序列一致性极高。这些基因座在真核生物中具有重要功能，如马的 KCNQ1 基因、微卫星 DNA 相关区域，小鼠的 45S - 28S 核糖体 RNA、H19 基因座等 。
基因组成分析
对真核生物相关区域及其相邻染色体基因座的基因组成分析显示，WH3018 和 WH9628 中这些区域的基因组成较为复杂，部分与假转座酶、翻译延伸因子等基因相关，还有一些区域功能尚未明确。同时，相邻基因座的基因组成也各不相同，如 WH3018 中 2326 - bp 区域两侧是 IS21 和 IS1182 家族转座酶的假基因，而 WH9628 中不同长度的真核生物相关区域两侧的基因也各有特点 。
插入序列（ISs）和前噬菌体的比较分析
与金黄色葡萄球菌参考基因组 NCTC 8325 相比，WH3018 和 WH9628 基因组中的 ISs 数量明显更多，分别为 38 个，而 NCTC 8325 仅有 16 个。并且，这两株武汉菌株的 ISs 遗传多样性更高，包含多种在参考基因组中未出现的类型。在噬菌体方面，NCTC 8325 携带多个完整的葡萄球菌前噬菌体，而 WH3018 和 WH9628 则只有多个不完整的前噬菌体 。
G + C 组成、SplitsTree 和 RDP4 分析
计算真核生物相关基因座的 G + C 含量发现，其数值在 47.6 - 65.0% 之间，显著高于金黄色葡萄球菌参考基因组的 32.5%。通过 SplitsTree 和 RDP4 软件分析，未检测到有力的跨域重组信号，虽然 RDP4 分析有一些关于基因重组的推断，但 P 值大于 0.05，无法得到统计学支持 。
研究结论表明，MRSA 菌株 WH3018 和 WH9628 基因组中存在大量真核生物相关基因座，这极有可能是基因组数据污染导致的。同时，这些菌株的基因组可塑性较高，ISs 数量多、多样性大，前噬菌体大量衰退，这或许反映了它们在环境中独特的生存机制。
在讨论部分，研究人员指出，虽然跨域重组在细菌中可能比之前认为的更普遍，但本研究中这些真核生物基因座的特征，如主要为常用遗传标记且反复出现，更倾向于支持基因组数据污染的观点。此外，研究还强调了微生物全基因组测序（Whole - Genome Sequencing，WGS）数据污染问题的严重性，这可能导致对细菌基因型、种群结构等的错误判断，影响基于基因组的细菌病原体监测。因此，迫切需要更先进的技术指南和标准化协议，以确保基因组数据的准确性和可靠性。
这项研究为 MRSA 的研究开辟了新的视角，让人们更加深入地了解 MRSA 基因组的奥秘。通过揭示这些基因组特征，有助于科学家们进一步探索 MRSA 的进化机制和传播规律，为开发更有效的防控策略提供理论依据，对全球范围内控制 MRSA 感染、保障公共卫生安全具有重要的推动作用。
