《Microorganisms》：Integrating Epidemiological Investigation and Whole-Genome Sequencing to Evaluate Suspected Healthcare-Associated Transmission of the Corynebacterium jeikeium Complex
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摘要
棒状杆菌属（Corynebacterium）物种的常规鉴定可能具有挑战性，并可能使疑似医疗相关传播的调查复杂化。研究人员调查了一组常规鉴定为杰氏棒状杆菌（C. jeikeium）的血培养分离株疑似聚集性病例，并回顾性评估了该医院回收的类似鉴定分离株。20
摘要
棒状杆菌属（Corynebacterium）物种的常规鉴定可能具有挑战性，并可能使疑似医疗相关传播的调查复杂化。研究人员调查了一组常规鉴定为杰氏棒状杆菌（C. jeikeium）的血培养分离株疑似聚集性病例，并回顾性评估了该医院回收的类似鉴定分离株。2024年，在约一个月内，血液科病房的三名患者血培养检出C. jeikeium后，进行了脉冲场凝胶电泳（pulsed-field gel electrophoresis，PFGE）、环境采样和后续监测。研究人员随后回顾了2019年至2025年间所有常规鉴定为C. jeikeium的血培养分离株。对来自10名独立患者的10株分离株进行了长读长全基因组测序（whole-genome sequencing，WGS）。通过平均核苷酸一致性（average nucleotide identity，ANI）与型株基因组比对评估物种身份，并通过核心基因组系统发育和成对基因组分析评估基因组相关性。PFGE显示两株聚集相关分离株具有不可区分的条带模式。未发现环境分离株被鉴定为棒状杆菌属（Corynebacterium spp.），也未检测到额外的时间相关病例。WGS将所有10株分离株鉴定为麦氏棒状杆菌（C. macclintockiae），且不支持单一克隆传播事件；两株具有不可区分PFGE模式的分离株密切相关但基因组不完全相同。然而，不能排除相应患者之间的直接或间接传播。这些发现支持在评估涉及C. jeikeium复合群成员的疑似医疗相关传播时，整合流行病学调查、准确的物种鉴定和高分辨率基因组分析。
一、研究背景与目的
非白喉棒状杆菌属（Corynebacterium）物种是人类皮肤和黏膜微生物群的常见组成部分，因此从血培养中检出时通常被视为污染。然而，杰氏棒状杆菌（C. jeikeium）和纹带棒状杆菌（Corynebacterium striatum）比其他棒状杆菌属物种占真性菌血症的比例更高，尤其是在血液系统恶性肿瘤或中性粒细胞减少症患者中，而留置血管内导管的存在也与真性菌血症相关。区分真性菌血症与污染对于这些微生物从血培养中检出时的临床决策至关重要。
C. jeikeium复合群内的精确物种水平鉴定仍然具有挑战性。在一项针对历史上归类为C. jeikeium的分离株的基因组研究中，16S rRNA和rpoB序列分析揭示了遗传上分化的亚群，而全基因组测序和平均核苷酸一致性（ANI）分析表明这些分离株包含四个不同的基因组种。随后，麦氏棒状杆菌（C. macclintockiae）和伊万氏棒状杆菌（C. evansiae）于2023年被描述为新的棒状杆菌属物种。最近一项针对C. jeikeium复合群的多中心基因组研究显示，通过基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱（MALDI-TOF MS）鉴定为C. jeikeium的33株血流分离株中有32株在基因组学上被鉴定为C. macclintockiae。因此，历史上归因于C. jeikeium的一些临床和流行病学特征可能反映了由C. macclintockiae引起的感染。这种分类学不确定性可能使仅基于常规物种鉴定的表观聚集性病例的解释复杂化。
当在限定时间和地点内发生多起涉及被鉴定为相同棒状杆菌属物种的分离株的血流感染时，区分克隆性医疗相关传播与巧合性聚集对于确定适当的感染控制响应至关重要。脉冲场凝胶电泳（PFGE）传统上用于暴发调查中的细菌相关性评估，而全基因组测序（WGS）提供更高分辨率的基因组关系评估，并可能区分具有相似PFGE模式但遗传上不同的分离株。本研究旨在整合患者层面和病房层面的流行病学调查、环境培养、PFGE以及基于基因组的物种鉴定和系统发育分析，以确定2024年血液科病房三例常规鉴定为C. jeikeium的血培养分离株的表观聚集是否代表克隆性医疗相关传播，并表征常规鉴定为C. jeikeium的分离株的物种身份和基因组相关性。
二、研究设计与方法
本研究为在日本久留米大学医院（Kurume University Hospital）进行的回顾性、单中心观察性研究。研究始于2024年10月下旬至11月下旬同一血液科病房三名患者血培养检出常规鉴定为C. jeikeium的分离株后。初始调查包括流行病学审查、环境采样和三株分离株的PFGE分析。研究人员回顾性审查了2019年1月至2025年12月期间该机构所有常规鉴定为C. jeikeium的血培养分离株，共从10名独立患者中回收10株分离株。所有10株分离株均进行了全基因组测序。临床数据从电子病历中回顾性提取，三名感染病专家根据既往研究改编的标准将每例血行感染分类为明确真性菌血症、可能真性菌血症或不确定。环境采样于2024年12月10日进行，共从血液科病房采集19份环境样本。PFGE使用SpeI限制性内切酶消化进行。全基因组测序使用MinION测序仪（Oxford Nanopore Technologies）进行，使用Dorado v0.9.6进行碱基识别。基因组组装使用Flye v2.9.6进行，使用Medaka v2.2.1进行抛光。物种鉴定通过FastANI v1.33计算的ANI值进行，与C. macclintockiae型株c9Ua_112?（GCF_027570165.1）、C. jeikeium DSM 7171?（GCF_028609885.1）和C. evansiae c8Ua_174?（GCF_027570065.1）的参考基因组进行比较。核心基因组系统发育分析使用Prokka v1.15.6进行注释、Roary v3.13.0鉴定核心基因、RAxML-NG v1.1构建最大似然系统发育树。成对全基因组比较使用MUMmer v4.0.0进行，候选变异通过minimap2 v2.31-r1302进行读段映射验证。
三、研究结果
疑似聚集的检测与环境调查。 2024年10月下旬至11月下旬，同一血液科病房三名患者的血培养检出常规鉴定为C. jeikeium的分离株，三例均符合明确真性菌血症标准。三名患者的住院时间存在重叠，病房位于紧密相邻位置，且均在相同手术室接受中心静脉导管置入。共采集19份环境样本，未发现环境分离株被鉴定为棒状杆菌属（Corynebacterium spp.）。
初始物种鉴定与PFGE结果。 来自病例1、2和3的分离株分别被命名为分离株09、07和08。PFGE显示分离株07和08具有不可区分的条带模式，而分离株09表现出不同的模式。
研究队列与临床特征。 研究期间共鉴定10株来自10名独立患者的分离株。10例中，8例被分类为明确真性菌血症，1例为可能真性菌血症，1例为不确定。
基于基因组的物种鉴定。 基于基因组的ANI分析将所有10株分离株鉴定为C. macclintockiae，而回顾性MALDI-TOF MS再分析显示所有10株分离株的最高匹配数据库条目均为C. jeikeium。10株分离株与C. macclintockiae型株基因组之间的ANI值范围为97.00%至97.55%，超过95%的物种水平阈值。
分离株的基因组相关性。 核心基因系统发育将10株研究分离株置于不同的末端分支。在疑似聚集相关的三株分离株中，分离株07和08形成了一个得到充分支持的进化枝（bootstrap支持率100%），彼此之间的相关性高于与分离株09或其他研究分离株的相关性。成对全基因组比较显示，分离株07和08之间的比对区域为2,408,990 bp（98.37%），而分离株07和09之间为1,925,613 bp（80.53%），分离株08和09之间为1,925,611 bp（80.53%）。读段映射验证在分离株07和08之间保留了9个单核苷酸多态性（SNP）差异。分离株08相对于分离株07还包含一个39,841 bp的插入，读段深度分析表明存在一个5,296 bp的串联重复。因此，疑似聚集相关的三株分离株不代表单一基因组克隆；尽管分离株07和08密切相关，但尽管PFGE模式不可区分，它们在基因组上并不完全相同。
四、讨论与结论
本研究表明，全基因组分析将常规鉴定为C. jeikeium的所有10株血培养分离株重新分类为C. macclintockiae。基因组数据不支持涉及所有三例病例的单克隆暴发，尽管分离株07和08密切相关。然而，不能排除分离株07和08对应患者之间的直接或间接传播。研究结果强调了在评估涉及C. jeikeium复合群成员的疑似医疗相关传播时，整合临床和流行病学评估、准确的物种鉴定和高分辨率基因组分析的重要性。这种整合方法有助于区分克隆性传播与巧合性聚集，并支持适当靶向的感染控制响应。
