土壤传播蠕虫全球遗传多样性揭示影响分子诊断靶标的人群偏向性变异

本研究针对土壤传播蠕虫(STH)分子诊断靶标遗传变异问题，通过27个国家1000份样本的低覆盖度基因组测序，揭示了STH种群遗传多样性特征及其对qPCR诊断的影响。研究发现诊断靶标区域存在显著拷贝数和序列变异，体外实验验证了遗传变异对分子诊断的干扰作用，为优化STH控制策略提供了重要基因组流行病学依据。

　　

土壤传播蠕虫(STH)感染影响着全球超过10亿人口，这些肠道寄生虫包括蛔虫(Ascaris lumbricoides)、鞭虫(Trichuris trichiura)和钩虫(Necator americanus)等，可导致贫血、营养不良和发育迟缓等严重后果。虽然世界卫生组织(WHO)推荐通过大规模药物管理(MDA)控制STH感染，但准确监测感染情况面临重大挑战。传统显微镜检测方法在低感染强度时灵敏度不足，而新兴的分子诊断方法如定量PCR(qPCR)虽提高了检测灵敏度，但其诊断靶标区域的遗传变异可能影响检测准确性，这一关键问题尚未得到系统研究。

针对这一科学问题，来自英国剑桥大学(University of Cambridge)、自然历史博物馆(Natural History Museum)和威康桑格研究所(Wellcome Sanger Institute)的研究团队开展了一项全球规模的基因组流行病学研究。研究人员收集了来自27个国家的1000份样本，包括128份成虫样本、842份粪便样本和30份纯化虫卵样本，采用低覆盖度全基因组测序技术，系统分析了STH的遗传多样性特征及其对分子诊断的影响。相关研究成果发表在《Nature Communications》上。

研究团队主要采用了以下关键技术方法：(1)低覆盖度全基因组测序分析全球STH样本；(2)竞争性比对三种Ascaris线粒体参考基因组；(3)全基因组重复序列定位和变异分析；(4)体外qPCR验证靶标变异对诊断效率的影响。样本来源覆盖亚洲、非洲、美洲等多个STH流行区域。

研究结果主要包括以下几个方面：

检测单种和混合STH感染

通过测序分析发现，粪便样本中175份(14个国家)检测到至少一种蠕虫感染，其中蛔虫感染最为普遍(96例单感染和27例混合感染)。成虫样本中154份(15个国家)检测到蠕虫感染，同样以蛔虫为主(71例单感染和20例混合感染)。

蛔虫和鞭虫的线粒体遗传多样性

线粒体基因组分析显示，鞭虫(T. trichiura)呈现明显的地理隔离模式，地理距离越远的种群遗传分化越大(平均D_xy[between]/D_xy[within]=5.59倍)。相比之下，蛔虫(Ascaris spp.)种群间遗传分化较低(平均D_xy[between]/D_xy[within]=2.48倍)，提示其可能通过现代畜牧业传播实现了全球快速扩散。

核基因组诊断标记变异

分析发现诊断靶标重复序列存在显著变异：蛔虫基因组中含125个串联重复靶标和6个ITS rDNA靶标，鞭虫含302个串联重复靶标和1518S rDNA靶标。其中仅80/125(蛔虫)和221/302(鞭虫)的序列包含完整的引物和探针结合位点。不同国家样本中重复序列的拷贝数也存在显著差异。

变异对qPCR诊断的影响

体外验证显示，蛔虫靶标区域的SNP可导致50-1000倍的产物损失，鞭虫靶标的SNP甚至完全阻止扩增。特别是位于引物3'端5bp内的变异(如Al_SNP_3的T-to-G变异)使qPCR效率降至83.9%。

这项研究首次在全球尺度上揭示了STH的遗传多样性特征及其对分子诊断的影响。研究结果表明：(1)不同STH物种呈现显著不同的种群遗传结构，蛔虫表现出较低的遗传分化，可能与人畜共患传播有关；(2)诊断靶标区域存在丰富的拷贝数和序列变异，这些变异在不同地理种群中分布不均；(3)关键位点的单核苷酸变异可显著降低qPCR检测灵敏度，导致假阴性风险。

这些发现对STH控制具有重要意义：首先，研究为优化分子诊断方法提供了基因组学依据，建议在设计新引物时考虑种群特异性变异；其次，揭示了人畜共患传播在蛔虫全球分布中的作用，提示未来控制策略需关注动物宿主；最后，建立的全球STH基因组资源将支持后续传播动态研究和抗药性监测。该研究为WHO 2030年消除STH作为公共卫生问题的目标提供了重要的科学支持。