婴儿粪便中链球菌菌株跨人体位点的溯源研究揭示位点特异性定植与黏附素的关联

这篇研究通过全基因组测序（WGS）和定量PCR（qPCR）技术，追踪了100对母婴样本中7种链球菌菌株的分布模式，首次在菌株水平揭示了链球菌（Streptococcus）的跨位点定植规律。研究发现，两种密切相关的副血链球菌（S. parasanguinis）菌株因黏附素（adhesins）基因差异呈现截然不同的定植偏好，为理解共生菌的宿主适应性提供了分子机制新视角。

　　

ABSTRACT

链球菌作为人类黏膜表面的常见定植者，在婴儿肠道早期定植中扮演重要角色。本研究通过分离100名10日龄婴儿粪便中的链球菌菌株，结合全宏基因组测序（WGS）和菌株特异性定量PCR（qPCR）筛查，首次系统描绘了链球菌在母婴多体位点（口腔、阴道、母乳、粪便）的分布图谱。研究重点解析了两株遗传相近但定植模式迥异的副血链球菌（S. parasanguinis），发现其黏附素基因差异可能是驱动位点特异性的关键因素。

INTRODUCTION

婴儿出生后立即面临细菌定植过程，其中链球菌属（Streptococcus）作为兼具共生与致病潜力的微生物，在肠道早期定植中占据显著地位。既往研究表明，链球菌可能通过母婴垂直传播进入婴儿肠道，但菌株水平的定植动态仍属空白。本研究基于挪威ProPACT队列，聚焦链球菌在母婴多生态位中的传播规律，特别关注黏附素等表面蛋白在定植过程中的作用。

RESULTS

链球菌的总体分布特征

通过16S rRNA基因分析发现，链球菌在婴儿口腔（79%相对丰度）和母乳（50%）中丰度最高，而在10日龄婴儿粪便中呈现早期峰值（12%），随后逐渐下降。值得注意的是，3月龄婴儿粪便中链球菌丰度出现异常低谷，可能与肠道菌群演替过程中的生态位竞争有关。

婴儿肠道链球菌多样性

从10日龄婴儿粪便中分离的177株细菌中，16株为链球菌，分属7个物种（GTDB分类）。宏基因组组装基因组（MAGs）分析进一步鉴定出14个链球菌基因组，其中一株S. vestibularis在28%的样本中占比超过1%，成为最优势菌株。

菌株特异性定植模式

qPCR筛查揭示：

1. S. vestibularis菌株在84%的10日龄婴儿粪便中检出，同时在44%母亲粪便中存在，提示其具有肠道适应性；

2. 两株S. parasanguinis（F和I）虽遗传相似，但呈现互补分布：F株偏好阴道（51%）和母乳（53%），而I株主要定植于母婴粪便（38%母亲粪便，14%婴儿粪便）；

3. 表型实验显示S. vestibularis独有的尿素酶活性可能促进其早期肠道优势。

黏附素驱动的定植机制

基因组比较发现，肠道偏好型S. parasanguinis I与多体位点定植型F株存在11个黏附素相关基因差异，包括：

• GbpC/Spa结构域蛋白的细胞表面抗原I/II重复序列变异

• SspB相关异肽键形成黏附素的构象差异

• CshA/CshB家族纤维黏附素的功能域重复数差异

DISCUSSION

本研究首次在菌株水平证实：

1. 母亲肠道可能是婴儿肠道链球菌的主要储库；

2. 黏附素基因的微变异足以改变链球菌的生态位偏好；

3. S. parasanguinis存在肠道适应亚群，挑战了其"口腔来源暂居菌"的传统认知。这些发现为理解共生菌-宿主共进化提供了新视角，强调菌株水平分析对揭示真实定植者的必要性。

MATERIALS AND METHODS

研究采用多组学联用策略：

1. 样本处理：母婴配对样本（n=751）通过Zymo磁珠法提取DNA；

2. 测序分析：Illumina NovaSeq平台进行WGS，SPAdes组装结合MaxBin2/MetaBAT2分箱获得MAGs；

3. 菌株追踪：基于MASH距离设计菌株特异性引物，通过qPCR（EvaGreen染料法）实现高特异性检测；

4. 功能验证：Rapid ID 32 Strep测试系统表征代谢表型差异。

创新意义

该研究建立的"分离-测序-追踪"技术框架，为微生物组研究提供了菌株水平解析的范式。发现的黏附素-定植位点关联性，为开发针对特定生态位的益生菌制剂奠定了理论基础。