基因组监测揭示蛔虫传播规律与多次群体治疗的影响

蛔虫（Ascaris lumbricoides）感染问题严峻，为探究其传播规律及群体药物治疗（MDA）效果，研究人员对蛔虫进行全基因组测序。结果发现蛔虫存在精细种群结构，且未发现对阿苯达唑（albendazole）耐药的明显迹象。该研究为蛔虫防控策略提供依据。

　　在全球范围内，土壤传播蠕虫（STH）感染是一个不容忽视的健康问题。据估计，全球约有 15 亿人感染至少一种肠道线虫，每年因此累计造成 750,000 残疾调整生命年（DALY）损失，其中蛔虫（Ascaris lumbricoides）感染尤为普遍，约影响 8.19 亿人 。目前，控制蛔虫感染主要依靠群体药物治疗（Mass Drug Administration，MDA），使用阿苯达唑（albendazole）和甲苯达唑（mebendazole）等驱虫药。尽管这些项目在许多流行地区降低了感染强度和流行率，但蛔虫的传播模式仍不明确。而且，由于感染后缺乏获得性免疫，停止治疗后再感染很常见。在这样的背景下，开展一项深入研究蛔虫传播规律以及 MDA 长期影响的工作显得尤为重要。

为了解决这些问题，来自苏格兰农村学院（School of Veterinary Medicine, Scotland’s Rural College）、伦敦帝国理工学院（Imperial College London）、埃塞俄比亚公共卫生研究所（Ethiopian Public Health Institute）等机构的研究人员，对埃塞俄比亚沃莱塔地区（Wolaita zone）的一个社区进行了研究。他们在一项为期 6 年的关于蛔虫传播和药物治疗的纵向队列流行病学研究中，对从个体中获得的 54 条蛔虫进行了全基因组测序。研究成果发表在《Nature Communications》上，为蛔虫感染的防控提供了重要的依据。

研究人员开展这项研究时，运用了多种关键技术方法。首先，通过对参与研究的个体进行粪便样本采集，利用改良加藤厚涂片法（Kato-Katz methodology）检测蛔虫卵，以此确定感染的流行率和强度。其次，从感染个体粪便中收集蛔虫样本，对其进行 DNA 提取和全基因组测序（Whole Genome Sequencing，WGS）。之后，运用一系列生物信息学工具和软件对测序数据进行分析，包括序列比对、变异检测、种群结构分析等，从而深入探究蛔虫的遗传特征和种群结构。研究样本来自埃塞俄比亚沃莱塔地区 Korke Doge 社区参与纵向研究的个体。

研究结果

1. 感染流行率和强度的变化：研究通过显微镜检查蛔虫粪便卵计数，确定了 Korke Doge 队列中感染流行率的变化。基线时（2018 年），蛔虫感染流行率为 38.6%（95% 置信区间：30.7 - 46.6%），到第 5 年降至 9.27%（95% 置信区间：4.63 - 13.9%）。在多次 MDA 后，参与者中持续感染的比例从 16.4% 下降到 4.1%。同时，个体对感染的易感性（通过 Kendall's tau 排名相关统计量衡量）有所增加，部分治疗的个体比始终接受治疗的个体对重度感染的易感性更高123。
2. 蛔虫的全基因组测序：对单个蛔虫进行全基因组测序后发现，序列读数与参考基因组的比对率较高（中位数为 87.99%），大部分样本覆盖了蛔虫参考基因组的 94.23% 。最终的变异数据集包含 3,692,001 个单核苷酸多态性（Single-Nucleotide Polymorphisms，SNPs）和 280,447 个插入缺失（Indels）45。
3. 当地寄生虫种群遗传结构：通过多种分析方法（如最大似然系统发育分析、主成分分析等）研究 54 个蛔虫样本的种群结构，发现存在三个遗传簇，且部分家庭之间基因流动减少。全基因组核苷酸多样性估计显示，寄生虫种群内的分化水平较低。此外，还对不同空间尺度的种群结构进行了特征描述，发现主成分分析中前两个成分解释了 34% 的总方差67。
4. 多次群体治疗后蛔虫种群大小：研究估计整个社区蛔虫的有效种群大小为 201.3（95% 置信区间 197.1 - 205.5）。按个体对年度治疗计划的依从性进行分类后，发现完全依从、半依从和不依从的个体中，蛔虫的有效种群大小分别为 29.9（95% 置信区间 21.3 - 38.2）、98.5（95% 置信区间 80.7 - 106.3）和 121.3（95% 置信区间 115.8 - 136.8）。同时，不同年龄组中，学龄儿童（SAC）体内的蛔虫有效种群大小最大8。
5. 社区空间种群基因组学：通过分析发现，个体蛔虫之间的共祖热图显示家庭内部蛔虫之间的基因流动减少，而地理位置相近的家庭之间基因流动增加。空间主成分分析（sPCA）结果表明，社区内不同家庭间存在明显的空间遗传结构，相邻家庭之间的方差减小，距离较远的家庭之间方差增大910。
6. 长期群体治疗地区的阳性选择证据：研究运用多种全基因组方法，识别出在多次 MDA 后，Korke Doge 地区蛔虫基因组中多个经历阳性选择的区域。例如，在 1 号染色体上发现了多个候选区域，其中包含 β - 微管蛋白基因（AgB04_g300），该基因存在三个非同义变异，但未发现与阿苯达唑耐药相关的特定突变。此外，在 10 号染色体上也发现了多个候选区域，包含多种基因，这些基因编码的非同义突变可能与蛔虫对环境的适应有关111213。

研究结论与讨论

这项研究首次将纵向流行病学研究与蛔虫个体基因组数据相结合，深入探究了蛔虫的传播规律以及多次 MDA 的基因组影响。研究表明，蛔虫在村庄内存在精细的种群结构，传播主要发生在家庭层面，且遗传距离与家庭空间距离相关。虽然目前尚未发现该寄生虫种群对阿苯达唑治疗产生耐药性的迹象，但已识别出多个具有强烈选择信号的基因组区域，这可能表明蛔虫正在逐渐适应长期的阿苯达唑暴露或其他选择压力。

从防控角度来看，理解蛔虫的这些传播特征和遗传变化，有助于制定更具针对性的防控策略。例如，在低流行社区中，可以根据遗传聚类确定感染热点，对这些热点家庭进行更有针对性的治疗，从而提高防控效率，减少资源浪费。同时，研究还强调了在控制项目中继续监测蛔虫种群动态和遗传变化的重要性，特别是随着 MDA 项目在流行地区的广泛开展，监测蛔虫对药物的耐药性发展至关重要。

此外，该研究也存在一定的局限性。例如，研究中采集的蛔虫样本是通过药物驱虫获得的，这些蛔虫均对阿苯达唑敏感，可能无法全面反映耐药蛔虫的情况。未来的研究需要采用更完善的样本采集策略，结合结构化的纵向样本收集和良好实施的控制项目，建立生物样本库，以便更准确地评估蛔虫的遗传耐药性。总体而言，这项研究为蛔虫感染的防控提供了重要的理论基础和实践指导，为未来实现蛔虫感染的消除目标迈出了重要一步。