加纳和坦桑尼亚商业与小型农户家畜及儿童来源 Aliarcobacter spp. 的基因组特征：系统发育、抗菌抗性（AMR）与毒力因子

《One Health》：Genomic characterization of Aliarcobacter spp. from livestock in commercial and smallholder farms and from children in Ghana and Tanzania

　　

背景：Aliarcobacter spp. 是新兴食源性病原体，在农业环境中通过人兽共患传播构成公共卫生风险。表征其系统发育相关性、抗菌抗性（AMR）和毒力因子，对于评估其在加纳和坦桑尼亚对食品安全与健康的影响至关重要。方法：研究人员收集了144株 Aliarcobacter 分离株（139株来自农场动物，5株来自人类临床病例），并利用分子系统发育学、抗菌抗性基因（ARG）谱分析和毒力基因鉴定对其基因组进行分析。结果：系统发育分析证实 Aliarcobacter butzleri 为主要物种，具有两个表现出多重耐药性的不同亚支。值得注意的是，研究人员鉴定出 Aliarcobacter lanthieri 的第二个支，其可能代表一个新物种。此外，检测到 A. butzleri 内一个潜在新亚种，并得到基因组和数字 DNA:DNA 杂交（dDDH）分析支持。一株多重抗生素抗性的 Aliarcobacter cryaerophilus 分离株被发现携带一个编码五种 AMR 基因的抗性质粒。泛基因组反映开放基因组结构，具有与抗性和毒力相关的庞大辅助基因库。赋予四环素、大环内酯和氨基糖苷类抗性的 ARG 广泛存在，商业农场分离株的抗性负担高于小型农户农场分离株。毒力基因存在差异，表明广泛遗传多样性和适应潜力。结论：本研究突出撒哈拉以南非洲人源和动物源 Aliarcobacter spp. 的基因组可塑性和新兴抗性。新支和抗性质粒的发现强调需要加强 One Health 监测，以控制这些病原体传播及其对公共卫生和食品安全的影响。

研究背景方面，Aliarcobacter spp. 是新兴食源性病原体，可通过人兽共患传播对公共卫生造成风险。其与人类胃肠炎和菌血症相关，也与动物肠炎、乳腺炎和流产相关。目前 Arcobacter 属已分类36种，Aliarcobacter gen. nov. 等为 Arcobacter 的异型同义名。A. butzleri、A. cryaerophilus 和 A. skirrowii 是从人类临床标本中最常分离的三种，其中 A. butzleri 被认为是临床感染的主要原因，尤其影响60岁以上成人。部分感染可呈侵袭性，导致脓毒症、脑脓肿、肺部感染、感染性关节炎和脑膜炎。Aliarcobacter 作为新兴病原体，其全球流行和致病性研究仍不足，非洲流行病学研究有限。此前两撒哈拉以南国家研究发现，农场 Aliarcobacter 分离株中近半为多重耐药，可能与畜牧业抗生素滥用有关。关于流行病学、致病性、AMR、毒力和传播途径的知识缺口，阻碍准确评估其流行和健康风险；非洲背景尤其缺乏比较基因组分析。因此，研究人员对加纳和坦桑尼亚商业与小型农户农场及儿童来源的 Aliarcobacter 基因组进行比较基因组分析，以确定遗传多样性、泛基因组结构、推定毒力因子和抗性机制，并评估食品安全和健康影响。

研究方法概述（≤250字）：研究队列包括来自加纳（126株）和坦桑尼亚（18株）的144株 Aliarcobacter 分离株；其中97株来自商业农场，42株来自小型农户农场，3株来自腹泻儿童，2株来自非腹泻儿童；动物来源包括鸡70、猪38、鹌鹑10、鸭9、山羊4、牛4、火鸡2、羊2，人源5株。研究人员用 MALDI-TOF MS（matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry）进行物种鉴定；采用 Illumina 短读长和 Oxford Nanopore 长读长全基因组测序（WGS）；用 Unicycler 组装、QUAST 评估、Mash 分类、PGAP 注释；用 Roary 和 RAxML 进行核心基因组系统发育并用 iTOL 可视化；用 ResFinder 和 BLAST 筛查抗菌抗性基因（ARGs）和毒力相关基因（VAGs）；用 Prokka/Roary 进行泛基因组分析。

研究结果如下。3.1 基因组测序与组装：研究人员测序144个基因组，包括132/144（91.7%）A. butzleri、9/144（6.3%）A. lanthieri、2/144（1.4%）A. cryaerophilus genomovar pseudocryaerophilus 和1/144（0.7%）A. vitoriensis。除一株 A. lanthieri 外，所有非 A. butzleri 基因组成功闭合；另闭合11个 A. butzleri 基因组，主要因潜在抗性质粒。139个组装统计中，138/139完整性>99%，仅2个污染>5%，平均质量99.1%，大小1.8–2.5 Mb，N50多数>100 kb，5个完全环化，13个少于15 contigs。通过WGS和组装评估得出结论。

3.2 Aliarcobacter 分离株的系统发育分析：基于核心基因组最大似然树，分离株呈强物种特异性聚类。A. butzleri 形成优势超级支，可分两个分支；9株 A. lanthieri 分两个不同分支；2株 A. cryaerophilus 属 pseudocryaerophilus；1株为 A. vitoriensis。不同宿主（鸡、猪、鹌鹑、鸭、人、山羊、牛、羊、火鸡）、农场类型、加纳与坦桑尼亚来源在所有主要分支中散布，无宿主或地理聚集。73/128（57.0%）内部节点 bootstrap≥70%，55/128<70%，主要在 A. butzleri 分支。通过 RAxML 系统发育得出。

3.3 A. butzleri 分离株：对132个基因组泛基因组分析显示，泛基因组含13,689个蛋白编码基因，核心1426（10.4%），软核心193（1.4%），辅助12,070（88.2%），其中壳716、云11,354，单例5264。平均核苷酸一致性（average nucleotide identity, ANI）和 TYGS dDDH 分析将 A. butzleri 分两分支；小分支9株内部 ANI 97.3–100，与其他 A. butzleri 94.9–97.1，dDDH 77.0–78.3%，支持潜在新亚种。辅助基因簇涉及运动、营养获取、抗生素抗性、DNA修饰、移动遗传元件和铁获取，如 ferric anguibactin、ferripyoverdine 受体，提示基因组可塑性和适应。

3.4 A. lanthieri 及相关分离株：9株初鉴为 A. lanthieri，均来自加纳鸡，2株商业、7株小型；8株获完整环状染色体；BNI-4366含170,477 bp质粒，编码3个 CRISPR 阵列。系统发育分两支（4和5），加入 NCBI GenBank 的16个基因组仍分两支，四成员组包括 A. lanthieri R-75363 和 Aliarcobacter sp. CECT 9188；该组与 A. lanthieri 参考株 ANI 95.5–96.0%，组内98.5–99.7，可能代表新种。泛基因组含5108基因，核心1500（29.4%），辅助3608（70.6%），壳1533、云2075、单例1750。辅助簇编码铁获取、表面糖基化、毒素-抗毒素、DNA修饰、运输/抗性和IV型分泌系统 virB 复合物等。

3.5 A. cryaerophilus genomovar pseudocryaerophilus：两株来自商业鸡，加纳 BNI-3165 和坦桑尼亚 BNI-3540，属 pseudocryaerophilus，获闭合基因组。BNI-3540 染色体1,938,861 bp，2158基因，含1个 CRISPR；BNI-3165 染色体1,985,209 bp，2312基因。BNI-3540 含150,772 bp质粒，编码5个AMR基因：tet(M)、aac(6′)/aph(2″)、ant(6)-Ia、aph(3′)-III 和 tet(Y)。

3.6 A. vitoriensis：唯一 BNI-4100 来自加纳小型农场鸡，获完整环状闭合基因组，2,352,861 bp，2335基因，含1个 CRISPR 阵列，无质粒；含 bla_OXA-464 class D beta-lactamase 基因。

3.7 基因组中的抗菌抗性基因谱：144个基因组中 macA 和 macB2 100%，macB1 和 tolC 99.3%，ermB 未检出；adeF 100%，cmeA/B/C/R 普遍。gyrA QRDR C²⁵⁴T 在25.6%（34/133）检出，99/133无，11/144无法评估；blaVEB未检出；bla_OXA-464 76.4%高置信、15.3%低置信可能假基因、8.3%缺失；所有9株 A. lanthieri 及1/2 A. cryaerophilus 阴性，仅2/132 A. butzleri 缺。BNI-3540 抗性质粒五基因组合独特；tet(Y) 另见2株 A. butzleri；BNI-3166 质粒 p152-BNI-3166 携带 tetL、aadD、bleO、msrD、mefA，并在 BNI-4414、BNI-4415、BNI-4416 和 BNI-4349 发现；tetL、aadD、bleO 在 p65 质粒九个克隆组；str 11.8%（17/144），aadA2 1.4%；tetA、ereB、cat、optrA 未检出。ARG负担加纳与坦桑尼亚相似（5.1 vs 5.2），商业农场高于小型农户（5.6 vs 4.0；RR=1.4，95% CI 1.2–1.7）。表型关联：四环素耐药17/144，14株携带 tetY，3株 tetL，其中1株 tetL+tetM，1株敏感但 tetY 阳性；红霉素耐药16/144，5株 msrD+mefA，11株无已知大环内酯基因；链霉素耐药24/144，17株 str，2株 aadA2，1株 sat-4，4株未知；卡那霉素耐药10/144，9株 bleO+aac6，1株四基因，5株 bleO+aac6 但敏感；环丙沙星耐药46/144，11株 gyrA C²⁵⁴T，4株 gyrA 未检出，敏感者中23/98也携带，故因果可疑。总体 BNI-3540 和两个 A. butzleri 克隆组呈表型 MDR 且多 ARG。

3.8 毒力基因多样性：调查89个推定 VAG，分13类。完整功能性 T4SS 未检出，仅 virB6 在16.0%（23/144）。sod 和 perR 100%；katE 在 A. cryaerophilus、A. vitoriensis、A. lanthieri 及相关，但所有 A. butzleri 缺失。O-抗原/荚膜合成基因分散；五个 A. butzleri 亚支和一个 A. lanthieri 相关 BNI-4366 的 wbpI、tviB、wbpG、wbpE、wbpD、wbpB 基因集大体完整。LOS 合成必需糖基转移酶无任何基因组含完整集合，提示不能合成完整 LOS。napA 普遍，DMSO 还原酶三亚基缺失；panD、hisF、tlyA 普遍；hecB 主要在两个 A. butzleri 亚支和两株 A. lanthieri，hecA 同。铁转运：fieF 缺 A. lanthieri；iroE 在100% A. vitoriensis 和 A. lanthieri、55.3% A. butzleri；irgA 仅2/9 A. lanthieri；fcuA1 缺两株 A. cryaerophilus，但8/9 A. lanthieri、110/132 A. butzleri 和 A. vitoriensis；fcuA2 缺 A. cryaerophilus 和 A. lanthieri，107/132 A. butzleri 和 A. vitoriensis；cir1 在 A. butzleri 普遍，A. lanthieri 仅 clade 2；cir2 在所有9株 A. lanthieri，28/132 A. butzleri；tbdRI/tbdRII 在3/4 A. lanthieri、85/132 A. butzleri。fabZ、acpXL、eno 普遍；lplA-like 缺 A. cryaerophilus 但其他普遍；bplB 分布不同。AcrAB-TolC 共同出现或缺失，除 A. butzleri 外均阳性，A. butzleri 42/132；鞭毛运动9基因所有；pseA/B/F/I 4/9 A. lanthieri、37/132 A. butzleri，其中2株加 ptmB；N-糖基化 pglC/D/E/F 仅 BNI-3540 全阳性；粘附侵袭 ciaB、htrA、pldA、cj1349-like、cadF-like 普遍。通过 VAG BLAST 热图得出。

讨论部分总结认为，尽管物种水平聚类强，但无宿主、来源或地理亚支，提示高基因组可塑性和跨宿主传播潜力，与 A. butzleri 开放泛基因组一致。加纳和坦桑尼亚分离株缺乏系统地理隔离，提示 AMR 基因流和广泛传播，可能由贸易、动物移动和共享环境储库促进。系统树中57.0%内部节点支持≥70%，43.0%较低，可能因高重组、水平基因转移或快速基因组多样化。新 A. lanthieri 第二支可能为新种，与 CECT 9188 和 R-75363 同支；CECT 9188 来自西班牙废水/河水，曾提议名“A. hispanicus”但未有效发表；R-75363 来自免疫正常患者，提示人类临床相关性。A. butzleri 潜在新亚种也支持分类学修订。ARG 方面，大环内酯抗性基因高频，bla_OXA-464 广泛，商业农场 ARG 负担更高；质粒介导抗性重要。毒力基因多样性突出，铁获取基因高流行，提示营养限制环境生存优势。与其他研究比较，非洲喹诺酮抗性较高，欧洲四环素和大环内酯抗性较高，方法差异限制直接比较。局限性包括地理局限、环境因素未充分纳入、人源基因组仅5/144不足亚组分析、环境样本缺失，新种/亚种需进一步表型验证。研究结论翻译：本研究强调 Aliarcobacter 显著基因组可塑性，促进其在人类、动物和环境储库中的持续存在和潜在跨宿主传播。广泛遗传多样性、AMR 和毒力因子的汇聚，突显 Aliarcobacter 是新兴公共卫生问题。缺乏系统地理学和宿主特异性聚集，加上 ARGs 广泛存在，提示环境和农业因素可能在其传播中起关键作用。这些发现强化了采用 One Health 方法的迫切需求，整合基因组学、宏基因组学和生态学数据，以阐明 Aliarcobacter 传播动力学、其在 AMR 传播中的作用及其对食品安全和人兽共患感染的更广泛影响。