大规模基因组学分析将中国CC398定位为持续人类相关MSSA(Methicillin-susceptible Staphylococcus aureus,甲氧西林敏感金黄色葡萄球菌)谱系,区别于主导性全球LA-MRSA(Livestock-associated MRSA,家畜相关耐甲氧西林金黄色葡萄球菌)分支
《mSystems》:Large-scale genomic analysis places Chinese CC398 as a persistent human-associated MSSA lineage apart from the dominant global LA-MRSA clade
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金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)克隆复合体(clonal complex,CC)398已成为全球主导性家畜相关耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(LA-MRSA)谱系;然而其进化轨迹与区域多样化仍理解不全。研究人员开发了核心基因组多位点序列分
金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)克隆复合体(clonal complex,CC)398已成为全球主导性家畜相关耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(LA-MRSA)谱系;然而其进化轨迹与区域多样化仍理解不全。研究人员开发了核心基因组多位点序列分型(cgMLST)方案并结合分层聚类,应用于逾30,000个金黄色葡萄球菌基因组,揭示CC398频繁跨境传播。后续时间校正系统发育分析将最近共同祖先定于1942年(95% CI:1939–1945),人至家畜宿主跳跃约在1969年(95% CI:1968–1972)。中国CC398呈现独特轨迹:不同于欧洲和北美主导的LA-MRSA,中国分离株主要为人类相关甲氧西林敏感金黄色葡萄球菌(HA-MSSA),形成东亚特有系统发育组(SAP1、SAP2及AP1–AP3),具不同耐药与毒力特征。LA谱系在中国有限,2019年后才出现多国混合簇。全球传播网络分析显示LA-CC398扩散与国际生鲜猪产品贸易显著相关,而人类相关谱系无此相关。除已确立谱系标记tet(M)和scn外,研究人员鉴定出cadC——染色体镉抗性调控因子——作为新型HA谱系富集基因,其功能作用待定。该研究揭示CC398在中国与西方国家遵循根本不同进化路径,挑战一刀切传播模型。
《mSystems》刊发的该项研究以金黄色葡萄球菌克隆复合体CC398为对象。研究背景方面,耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)自1960年代出现,后来形成医院相关/人类相关MRSA(HA-MRSA)、社区相关MRSA(CA-MRSA)与家畜相关MRSA(LA-MRSA)等类型。CC398作为LA-MRSA在全球猪群中广泛流行,并被视作人畜共患重要威胁;但既有研究多聚焦欧洲与北美,CC398是否沿统一轨迹全球扩散、中国等东亚区域如何演化、家畜贸易在传播中作用如何,均属知识空白。研究人员因此开展大尺度基因组研究,以检验“CC398全球均匀扩散”这一主流假设。
主要技术方法上,研究人员构建物种代表数据集:从NCBI获取30,719个金黄色葡萄球菌基因组,经质量过滤、FastANI种水平筛选、单连锁分层聚类获得代表基因组;新测序样本为苏州CDC 2009–2022年850株与丹麦48株。研究人员以Prokka注释、PEPPAN构建泛基因组并界定核心基因,建立新型cgMLST方案,用GrapeTree重建邻接树、HierCC分层聚类;以Random Forest(随机森林)做HA/LA谱系基因特征发现;用TreeTime对3,642个CC398基因组做时间校正系统发育;用哈佛贸易数据库做猪产品贸易与传播相关性分析;以12起确认暴发、358株定义HC6近距离传播阈值。
研究结果如下。
一、新型cgMLST方案揭示金黄色葡萄球菌全球种群结构:研究人员以1,119个核心基因建立cgMLST与HierCC,确定HC650对应传统CC。1995–2024年区间显示CC5、CC8占比下降,CC1上升,CC398在2005年后出现并维持;剔除美、法等采样偏见后趋势稳定。
二、全球CC398起源于约1969年人至家畜跳跃:时间树估出最近共同祖先为1942年,宿主跳跃约1969年。LA谱系携带更多耐药基因,tet(M)近于LA全有,scn近于HA全有;cadC作为染色体镉抗性调控因子在HA人源株中占75.4%、动物源HA株37.8%,LA中均低,且非单亚支驱动。
三、中国CC398作为持续人类相关MSSA谱系独树一帜:中国株多归HA-MSSA,形成SAP1、SAP2、SAP3、AP1–AP3等东亚特有组。SAP1耐多药但缺chp/sak/scn;SAP2带sak而非scn;AP2带chp–sak–scn;AP3带PVL(Panton-Valentine leukocidin)前噬菌体;LA株不形成中国独立枝,而归德—荷—中等多国混合枝(EAA、AAP、EP)。
四、近距离传播事件揭示CC398在猪与人间多国扩散:研究人员以157株确证暴发株定出核心基因距离≤6为HC6阈值;全球1,656个HC6簇中23个多国簇有9个含CC398,德、荷、丹的猪—人株跨界遗传关系紧密。
五、LA-CC398跨境传播与猪作为全球贮主:地理距离越近传播越多;猪驱动宿主跳跃占LA事件75%(320/428),欧洲占84%;LA-CC398与生鲜猪杂碎贸易体积相关(R=0.63),鲜猪肉次之,冻品不显著,HA谱系无相关。
六、CC398涌现的三分支进化模型:1942年MRCA为人相关MSSA;约1963年获mecA成HA-MRSA;1965–1969年获tet(M)、失scn与cadC并跳至家畜,1975年后LA-MRSA借猪产品贸易全球主导。
讨论部分总结:研究人员指出cgMLST与HierCC可补传统MLST对10%难分类株之不足,HC6阈值与wgSNP(whole-genome SNP,全基因组单核苷酸多态性)近期传播标准相容;中国CC398并非“LA-MRSA先行”,而是长期HA-MSSA并出新东亚组,SAP2可能为环境/动物溢入;猪是跨宿主唯一全向源,生鲜杂碎是非冷冻储运下病原存续媒介;cadC丢失与宿主跳跃仅时间相伴,非因果已证。研究局限为美国与欧洲过采样、非洲欠采样、前2000年推断弱。
结论部分翻译:本研究记录金黄色葡萄球菌全球种群结构转变,CC398于2000年后成优势克隆。研究人员以新型cgMLST分析逾30,000个基因组,显示CC398频繁跨境扩散,其传播网络与国际生鲜猪肉产品——尤其杂碎与鲜肉——贸易高度吻合;猪作为主要贮主驱动全球扩张,占多数宿主跳跃事件。然中国CC398轨迹迥异:仍为持续人类相关MSSA谱系,形成东亚特有系统发育组,LA-MRSA仅2019年后以多国混合簇出现。这些发现挑战CC398均匀扩散模型,凸显区域畜牧与贸易网络塑造不同进化结局;大尺度基因组与贸易数据整合,为One Health框架下区域化MRSA监测提供范式。