生态起源与天然克氏锥虫感染驱动Rhodnius pallescens中肠微生物组重构

《Current Research in Parasitology & Vector-Borne Diseases》：Ecological origin and natural Trypanosoma cruzi infection are associated with reconfiguration of the Rhodnius pallescens midgut microbiome

　　

生态起源和天然克氏锥虫（Trypanosoma cruzi）感染与Rhodnius pallescens中肠微生物组的重构相关。研究人员评估了野生和实验室饲养的Rhodnius pallescens的中肠微生物组。实验室饲养诱导了以Dickeya属为主的严重分类学收缩。天然T. cruzi感染与选择性放线菌门（Actinobacteriota）增殖相关。Williamsia成为副转基因媒介控制的候选细菌属。

美洲锥虫病（Chagas disease, CD）是由克氏锥虫（Trypanosoma cruzi）引起的一种重要被忽视热带病，主要通过锥蝽昆虫传播，在拉丁美洲21个流行国家影响近700万人。传统媒介防治措施虽取得成效，但杀虫剂抗性及次要媒介入侵住宅的问题日益突出。Rhodnius pallescens是一种在哥伦比亚等多个国家出现的次要媒介，正越来越多地从森林和城郊环境侵入住宅，增加非传统传播风险。中肠是T. cruzi在媒介体内定殖、增殖和分化的主要部位，因此中肠微生物组可能直接影响寄生虫生存和媒介能力。然而，目前对R. pallescens肠道微生物组的认识有限，特别是生态起源和天然感染状态对微生物组的影响尚不清楚。为此，研究人员开展了一项横断面比较研究，旨在揭示生态起源（实验室饲养与野生）和天然T. cruzi感染状态对R. pallescens中肠微生物组分类组成和预测功能的影响。

研究人员在哥伦比亚布卡拉曼加大都市区采集了野生R. pallescens样本，并通过实验室饲养群体获得对照样本。根据T. cruzi感染状态，将野生样本分为未感染组（n=14）和感染组（n=3），另有实验室饲养组（n=10）。通过16S rRNA基因V3-V4区高通量测序和生物信息学分析，研究人员发现实验室饲养导致中肠微生物组出现严重的分类学收缩，变形菌门（Proteobacteria）中的Dickeya属占据绝对优势（79.19%）。野生昆虫则呈现更为平衡的门级分布，变形菌门和放线菌门（Actinobacteriota）比例相当。天然T. cruzi感染的昆虫中，放线菌门显著扩增，占相对丰度的82.58%，其中Williamsia属达到51.22%，Nocardia属为29.99%。鉴别分析显示，Dickeya是实验室饲养组的标志性属，而Williamsia和Faecalibaculum是T. cruzi感染的主要判别生物标志物。功能预测表明，野生昆虫具有更广泛的代谢能力，而实验室饲养昆虫则富集营养清除相关转运系统。该研究首次提供了布卡拉曼加都市区R. pallescens中肠微生物组的高分辨率图谱，揭示了生态起源和寄生虫感染对微生物组结构的显著影响，为理解媒介-寄生虫互作及开发微生物组介导的媒介控制策略奠定了基础。

在技术方法上，研究人员采用横断面设计，从室内饲养及野外棕榈树（Acrocomia aculeata）诱捕获取成年R. pallescens，通过显微镜和PCR确认T. cruzi感染。对中肠样本提取DNA后，扩增16S rRNA基因V3-V4高变区，在Illumina NovaSeq 6000平台进行双端测序，使用DADA2推断扩增子序列变体（ASV），基于SILVA 138数据库进行物种注释，LEfSe方法识别差异生物标志物，PICRUSt2预测KEGG功能通路。β多样性采用Bray-Curtis距离和PERMANOVA检验。所有分析均在成虫中进行以排除发育阶段影响。

### 3.1 肠道微生物组组成（Gut microbiota composition）
测序共获得1,410,389条高质量序列，鉴定出1,974个ASV。α多样性分析显示，实验室饲养、野生未感染和野生感染三组之间在属丰富度、均匀度以及Shannon和Simpson指数上均无显著差异。β多样性分析则表明，生态起源显著影响微生物群落结构（PERMANOVA P=0.001，R²=0.192），实验室饲养昆虫形成紧密聚类，而野生样本离散度更高。野生感染样本的群落完全嵌套于野生未感染样本的排序空间中。分类学分析显示，实验室饲养组以Dickeya（79.19%）为主；野生未感染组中Dickeya降至46.82%，同时Williamsia（20.60%）和Corynebacterium（16.76%）丰富；野生感染组则呈现Actinobacteriota扩增，其中Williamsia达51.22%，Nocardia达29.99%。

### 3.2 与生态起源和感染相关的微生物生物标志物（Microbial biomarkers associated with ecological origin and infection）
LEfSe分析发现，实验室饲养组富集Bacillus、Kroppenstedtia和Virgibacillus等属，且在多组比较中Dickeya是实验室饲养最重要的生物标志物。野生未感染组富集Corynebacterium、Odoribacter和Clostridium sensu stricto 1。在野生群体内部，T. cruzi感染组以Williamsia和Faecalibaculum为主要判别标志物，而未感染组则富集Alloprevotella、Monoglobus、Muribaculaceae和Anaerostipes。由于感染组样本量小（n=3），这些结果被视为初步关联特征。

### 3.3 肠道微生物组的预测功能潜力（Predicted functional potential of the gut microbiota）
基于KEGG Orthology（KO）的PICRUSt2预测显示，野生昆虫具有更广泛的功能谱，尤其在代谢及信号与细胞过程类别中累积丰度最高。实验室饲养组富集肽/镍转运系统ATP结合蛋白（K02031、K02032）、极性氨基酸转运系统通透酶（K02028、K02029）和铁复合物外膜受体蛋白（K02014）等，提示极端营养剥夺下的清除策略。感染组相比未感染野生组富集酰基辅酶A硫酯水解酶（K07107）和注释为槲皮素2,3-双加氧酶（K06911）的功能，而未感染组富集甲基趋化蛋白（K03406）。

### 3.4 预测功能中的分类学贡献（Taxonomic contribution to predicted functions）
分类学贡献分析显示，实验室饲养中Dickeya主导了大多数预测功能；野生昆虫中功能分布更均匀，涉及Corynebacterium、Clostridium sensu stricto 1、Agathobacter等；感染组中Williamsia和Dickeya仍重要，但Staphylococcus、Pseudomonas、Blautia、Enterococcus和Fusicatenibacter的相对参与度增加，低丰度类群（<1%）对功能的贡献也升高。

### 讨论与结论
讨论指出，实验室饲养环境导致微生物群落严重简化，Dickeya的优势可能与其耐饥饿能力强以及在低维生素B环境下发挥共生功能有关，但也可能是长期空腹处理后的机会性增殖。野生昆虫维持了更平衡的微生物生态系统，包含多种放线菌和厌氧菌，与野外环境暴露及营养多样性一致。T. cruzi感染与Actinobacteriota特别是Williamsia和Nocardia的富集相关，提示寄生虫可能改变肠道理化条件或宿主免疫环境，从而选择特定菌群。从控制策略角度看，Williamsia有望成为副转基因（通过工程化肠道细菌干扰病原体定殖）的候选菌属，但需要在自然条件下进行分离、回定殖和实验感染验证。研究局限包括感染组样本量小（n=3）、未进行T. cruzi离散分型单位（Discrete Typing Units, DTU）鉴定以及功能预测基于16S序列而非直接转录证据。

研究结论可翻译为：该研究表明，生态起源和天然T. cruzi感染与R. pallescens中肠细菌群落的显著变化相关。实验室饲养昆虫呈现以Dickeya为主的简化微生物群，野生昆虫则保持更多样的细菌结构。野生T. cruzi感染昆虫表现出放线菌门（尤其是Williamsia和Nocardia）相对丰度增加，并伴随预测功能上氧化和脂质代谢相关途径的改变。虽然这些发现为未来微生物组介导的媒介控制研究提供了感兴趣的细菌类群，但其功能作用和副转基因潜力仍需通过更大规模的野外队列、细菌分离培养、鸟枪法宏基因组学和实验感染模型加以验证。