《Pathogens》：Foodborne Pathogens in a Changing World: Integrating Microbial Ecology, Genomics, and One Health
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摘要专业翻译
食源性疾病仍然是全球最重大的公共卫生挑战之一，每年在全球范围内估计导致8.66亿人次发病和152万人死亡，同时约占全球5710万伤残调整生命年（DALYs）。除对人类健康的直接影响外，食源性疾病通过医疗支出、生产力损失和过早死亡造成巨大的经济损失
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食源性疾病仍然是全球最重大的公共卫生挑战之一，每年在全球范围内估计导致8.66亿人次发病和152万人死亡，同时约占全球5710万伤残调整生命年（DALYs）。除对人类健康的直接影响外，食源性疾病通过医疗支出、生产力损失和过早死亡造成巨大的经济损失，同时削弱食品安全、消费者信心和国际食品贸易。尽管食品生产、卫生和微生物诊断取得了重大进展，食源性疾病仍然是一项主要的公共卫生挑战，且食源性病原体的流行病学已变得日益复杂。食品系统的全球化、动物生产的集约化、环境退化、气候变化、城市农业以及抗菌药物耐药性（AMR）的快速传播，共同重塑了这些微生物出现、进化和传播所处的生态格局。因此，围绕食源性病原体的科学范式已发生显著转变。当代研究不再仅仅聚焦于鉴定造成食品污染的微生物，而是日益致力于理解在相互关联的人类、动物、食品和环境系统中，支配病原体持续存在、适应、传播和出现的生态学、进化及分子过程。这一转变由显著的技术进步所驱动，包括全基因组测序（WGS）、长读长测序、宏基因组学、机器学习（ML）辅助分析方法以及其他不依赖培养的技术，这些技术以前所未有的分辨率大幅拓展了研究人员调查微生物种群的能力。这些技术正在扩大食品安全系统检测、表征和监测新兴威胁的能力，同时为更早的风险识别和更有针对性的预防干预创造机会。这一演进与One Health框架高度契合，该框架认识到人类、动物、植物和环境的健康是内在相互关联的。食源性病原体正是这种复杂性的典型例证，因为它们在环境储库、食品生产动物、野生动物、食品和人类种群之间持续循环。因此，其有效预防和控制需要整合微生物生态学、流行病学、基因组学、环境科学、兽医学和公共卫生学的多学科方法。在这一背景下，理解食源性病原体已超越对单个微生物的表征，扩展到涵盖塑造其在相互关联的One Health系统中出现、适应和持续存在的生态网络、进化过程和选择压力。本特刊《食源性病原体的One Health视角：进化、耐药与预防》旨在通过汇集反映当代食源性病原体研究广度和多样性的研究来凸显这些新兴概念。这些贡献涵盖多样的微生物物种、生态位和分析策略，跨越微生物生态学、病原体适应、AMR、基因组监测、人工智能（AI）辅助诊断、质粒生物学、微生物组工程和创新性预防方法。总体而言，这些研究表明该领域正迅速从对单个微生物的表征转向对在相互关联的One Health界面中运作的微生物种群的系统层面理解。本特刊所呈现的研究共同例证了食品安全研究的根本性转变。环境储库日益被认识到不仅是污染的被动来源，更是积极塑造病原体持续存在、适应和进化的动态生态系统。同样，基因组学、计算生物学和AI的进展正在通过实现病原体种群的更高分辨率表征、加速暴发检测以及改善对跨多个储库病原体传播的理解，重新定义微生物监测。与此同时，旨在调节微生物群落而非简单消除病原体的创新性预防策略正在为可持续疾病控制开辟新机遇。综合来看，这些进展强调食品安全领域更广泛的范式转变：从对污染的被动检测转向具有预测性、基于生态学信息的监测和预防策略，这些策略能够在日益相互关联的世界中预见并缓解新兴食源性威胁。
论文解读文章
一、研究背景与问题
食源性疾病是全球持续存在的重大公共卫生挑战，每年导致约8.66亿人次发病和152万人死亡，约占5710万伤残调整生命年（DALYs）。除直接健康损害外，食源性疾病还通过医疗支出、生产力损失和过早死亡造成巨大经济负担，并削弱食品安全、消费者信心和国际食品贸易。尽管食品生产、卫生和微生物诊断技术不断进步，食源性疾病的流行病学特征却日益复杂。食品系统全球化、动物生产集约化、环境退化、气候变化、城市农业以及抗菌药物耐药性（AMR）的快速传播，共同重塑了食源性病原体出现、进化和传播的生态格局。传统研究范式主要聚焦于鉴定造成食品污染的特定微生物，但这一视角已不足以应对当前挑战。当代研究需要理解支配病原体在相互关联的人类、动物、食品和环境系统中持续存在、适应、传播和出现的生态学、进化及分子过程。这一转变由全基因组测序（WGS）、长读长测序、宏基因组学、机器学习（ML）辅助分析等技术的进步所驱动。同时，One Health框架强调人类、动物、植物和环境健康的本质互联性，为整合微生物生态学、流行病学、基因组学、环境科学、兽医学和公共卫生学的多学科研究提供了概念基础。开展这项研究的意义在于：推动食品安全研究从被动检测污染向具有预测性、基于生态学信息的监测和预防策略转变，以应对日益复杂和相互关联的食源性威胁。
二、研究内容与主要结论
本特刊汇集了多项研究，从不同维度展示了当代食源性病原体研究的范式转变。研究内容涵盖微生物生态学、病原体进化与AMR、基因组与AI监测技术、以及One Health框架下的预防策略。主要结论包括：环境不再是病原体的被动储库，而是主动塑造其持续存在、适应和进化的动态生态系统；AMR与毒力不应被视为独立的生物学性状，而是由水平基因转移（HGT）、移动遗传元件（MGEs）和选择压力共同塑造的更广泛适应过程的组成部分；基因组学和AI技术正在将微生物监测从以实验室鉴定为主的活动转变为能够产生可操作知识的多学科事业；有效的疾病预防需要从碎片化的部门干预转向整合的、多学科的方法。
三、关键技术方法
研究人员采用了多种关键技术方法：一是混合基因组组装，结合短读长和长读长测序技术，用于完整重构携带超广谱β-内酰胺酶（ESBL）和质粒介导AmpC β-内酰胺酶（pAmpC）基因的质粒结构；二是全基因组测序（WGS）结合实验表型评估，用于表征来自多个One Health储库的大肠杆菌（E. coli）分离株的基因组特征与黏附、侵袭等表型之间的关联；三是AI增强的傅里叶变换红外（FT-IR）光谱技术，用于快速区分沙门氏菌（Salmonella enterica）血清群和血清型；四是基于芽孢杆菌（Bacillus）的益生菌联合体调控水生微生物组以抑制副溶血性弧菌（Vibrio parahaemolyticus）；五是对无土农业系统和弯曲杆菌（Campylobacter jejuni）与自由生活阿米巴相互作用的生态学分析。
四、研究结果
食源性病原体作为动态生态系统组成部分的理解。 多项研究强化了生态学范式。Cheruiyot和Mechesso的综述指出，水培和水产养殖等无土农业系统虽然提供了创新和可持续的食品生产平台，但其循环水、操作实践和环境条件可能促进沙门氏菌（Salmonella spp.）、单核细胞增生李斯特菌（Listeria monocytogenes）、产志贺毒素大肠杆菌（STEC）和铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）等病原体的引入、持续存在和传播。Samarth等人的研究发现，空肠弯曲杆菌（C. jejuni）与棘阿米巴（Acanthamoeba）物种成功相互作用所需的多个细菌基因，与其在哺乳动物定殖中的已知功能基因一致，提示环境持续存在和宿主定殖的机制可能在不同宿主间保守。Mahieddine等人的研究证明，温度显著调节临床副溶血性弧菌（Vibrio parahaemolyticus）分离株的表型特征，包括生物膜形成、运动性、抗菌药物敏感性和溶血素产生，表明温度是能够重塑细菌生理和毒力的生态力量。Pazmi?o-Gomez等人的研究表明，通过天然芽孢杆菌（Bacillus）益生菌联合体对水产养殖微生物组进行定向调控，可抑制副溶血性弧菌并将孵化场微生物群落重构为芽孢杆菌富集的群落特征。
进化、适应与AMR扩展格局。 Laconi等人的研究证明，结合短读长和长读长测序的混合基因组组装可显著改善大肠杆菌（E. coli）中携带ESBL和pAmpC基因的质粒重构和表征，超越简单的耐药基因鉴定，实现质粒架构、插入序列和MGEs周围基因组背景的准确表征。Martínez-álvarez等人的研究对来自多个One Health储库的大肠杆菌分离株进行基因组表征，发现包括ST117和ST131在内的高风险克隆表现出基因组特征与实验评估的黏附和侵袭表型之间的关联，同时检测到毒力相关决定因子（如chuA、fyuA、vat和tia）。其耐药组（resistome）进一步揭示临床重要的β-内酰胺酶基因，包括blaCTX-M-15和blaSHV-12。研究还发现，在广泛AMR的分离株中CRISPR-Cas系统高 prevalence，间隔区分析提示与流动基因组（mobilome）的过去相互作用，而非对当前HGT的主动限制。
基因组与AI革命在食源性病原体监测中的应用。 Dopud等人的研究证明，AI增强的FT-IR光谱可准确区分研究中所代表的肠道沙门氏菌（Salmonella enterica）血清群和血清型，在速度、通量和成本方面相比传统血清分型具有显著优势。尽管WGS仍是高分辨率细菌分型的金标准，AI辅助的表型平台可作为加速常规实验室工作流程和扩展监测能力的补充工具。
从知识到行动：通过One Health推进预防。 在水产养殖中，应用天然芽孢杆菌益生菌联合体抑制副溶血性弧菌代表了通过调控微生物群落进行病原体控制的可行方法。在无土农业系统中，预防性食品安全措施应整合到系统设计和日常管理中，而非仅依赖终端产品检测。有效的预防还依赖于能够识别新兴微生物威胁并及时干预的监测系统，将基因组证据与流行病学调查、环境监测和生态学知识整合，可加强来源归因、识别潜在传播途径并支持更有针对性的风险管理策略。
五、讨论与结论
讨论部分强调，有效的预防依赖于监测系统识别新兴威胁并转化为可操作的公共卫生决策。将基因组证据与流行病学调查、环境监测和生态学知识整合，可加强来源归因和风险管理。实现这些目标需要跨学科、跨部门的持续协作，包括食品微生物学家、兽医、医生、流行病学家、环境科学家、生物信息学家、工程师和政策制定者。同时需要加强国际监测网络、促进基因组数据共享和互操作性、协调分析方法学，并确保不同地理和经济条件下技术创新的公平获取。
研究结论指出，气候变化、环境扰动、食品供应链全球化、动物生产集约化、新兴农业实践和AMR的持续传播预计将进一步重塑食源性疾病的生态学和流行病学。应对这些挑战需要超越对单个病原体和孤立暴发的调查，转向对影响病原体出现、持续存在和传播的生态与进化过程的深入理解。将基因组监测、环境监测、流行病学信息和AI整合，为更早的风险识别和更有针对性的干预提供了重要机遇。然而，实现这一潜力需要克服数据互操作性、监测代表性、分析标准化以及预测模型在不同流行病学和生态背景下的验证等方面的持续局限。最终，保护全球食品供应不仅依赖于技术创新，还依赖于持续的国际合作、监测能力的公平获取、跨学科研究和协调的公共卫生行动。理解食源性病原体的复杂性不仅是学术目标，更是制定更有效和可持续预防策略的基本基础。
