ST2858与ST378型军团菌引起的医院和社区获得性军团病的比较基因组分析及其流行病学意义

这篇研究通过全基因组测序（WGS）和比较基因组学方法，揭示了加拿大蒙特利尔地区由ST2858和ST378型嗜肺军团菌（Lp）引发的医院和社区获得性军团病（LD）的分子流行病学特征。研究证实ST2858临床分离株高度克隆化（最大仅4个SNP差异），提示共同感染源，但环境溯源失败；而ST378则表现出更高的基因组多样性，并通过水平基因转移（HGT）获得铜抗性质粒（含copA/mmcO基因），增强其在医院热水系统（HWDS）中的适应性。研究开发了ST2858特异性PCR检测方法，为未来暴发调查提供工具，强调了WGS在LD溯源和菌株分型中的核心价值。

　　

ABSTRACT

研究聚焦于加拿大蒙特利尔地区4年内发现的8例由ST2858型嗜肺军团菌（Lp）血清组1引起的军团病（LD）病例，其中多数与某医疗机构（HF-A）相关，1例合并ST378感染。尽管广泛环境采样，ST2858来源未明。研究通过长/短读长混合组装获得高质量闭合基因组，开发ST2858特异性PCR检测方法（靶向基因787），筛查599份环境样本均为阴性。ST2858临床分离株间仅存在0-2个单核苷酸多态性（SNP），支持共同感染源假说；而ST378分离株基因组多样性更高，其中合并感染病例的菌株与HF-A热水系统环境株高度相似，且携带赋予铜抗性的质粒（含copA/mmcO基因）。研究强调基因组多样性分析对LD溯源的价值。

INTRODUCTION

军团菌（Legionella）是水源性机会致病菌，其中嗜肺军团菌血清组1（Lp1）导致80%的可分型病例。LD通过吸入含菌气溶胶传播，其暴发调查需匹配临床与环境菌株。传统序列分型（SBT）分辨率不足，全基因组测序（WGS）成为金标准。2019-2021年蒙特利尔暴发涉及14例LD，5例分离株提示ST2858，但环境溯源失败。2021年发现ST2858与ST378合并感染病例，推测HF-A热水系统为ST378来源。研究旨在：（1）评估ST2858临床株跨年多样性；（2）确认ST378感染源；（3）分析ST378的历史多样性。

RESULTS

WGS与系统发育分析
67株分离株（10株ST2858临床株，51株ST378临床/环境株）完成测序。ST2858闭合基因组显示高度保守（3.4 Mb染色体，无质粒），最大SNP差异仅4个，且携带CRISPR-Cas等抗噬菌体系统。ST378基因组（含1例89 kbp质粒）多样性显著，核心SNP达645个，其中38%源于重组。系统发育树显示环境株按来源聚类，合并感染病例的ST378（SPF581）与HF-A热水系统株同源。

表型与基因型关联
SPF581的质粒携带copA（铜输出ATP酶）和mmcO（多铜氧化酶）基因，使其在0.08 mM CuCl₂
暴露下存活率显著高于其他菌株（P<0.05）。该质粒可能通过水平转移获得，增强其在含铜管道中的适应性。

溯源技术开发
基于ST2858特有基因设计的PCR引物（靶向基因787）特异性达100%，但筛查599份环境样本均未检出ST2858，提示其环境丰度极低或存在隐蔽生态位。

DISCUSSION

ST2858的克隆性暗示单一稳定感染源，可能为未采样的HF-A冷却塔（WCT）或供水系统死角。ST378的基因组可塑性（如质粒获取）体现其对HWDS的选择适应，而ST2858可能因lag-1（补体抵抗基因）的携带具有更高致病性。研究局限性包括未能直接捕获环境ST2858，但流行病学与基因组证据强烈支持共同来源假说。

MATERIALS AND METHODS

菌株培养于CYE培养基，DNA通过Nanopore和Illumina平台测序，混合组装采用NanoForms。系统发育分析使用kSNP4和Gubbins（排除重组区），泛基因组分析通过Panaroo完成。铜抗性实验采用Fraquil培养基定量CFU。

结论

研究证实WGS在LD暴发调查中的不可替代性，揭示了ST2858的持续传播潜力与ST378的环境适应性机制，为未来监测和干预提供分子工具与理论依据。