食源性、动物源和人源单核细胞增生李斯特菌遗传多样性与基因组特征

来源 :浙江大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tengyao2009
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单核细胞增生李斯特菌(简称单增李斯特菌)对公共卫生构成较大威胁,可以引起侵袭性李斯特菌病,出现严重的败血症、脑膜炎和流产,死亡率高达30%。中国以往的研究主要局限于零售环节单增生李斯特菌的流行情况,或仅限于一个地区或部门(如食品相关机构、医院)。不同来源菌株(如食品链、动物和李斯特菌感染病人)遗传多样性、抗菌素耐药表型和基因型、毒力因子分布及其相互关系的系统研究不足。本研究利用PCR、全基因组测序、生物信息学分析等方法,解析食品、动物和临床来源单增李斯特菌分离株的遗传多样性、抗菌素耐药性和耐药基因以及相关毒力因子分布,并比较与部分发达国家临床分离株的遗传相关性和携带的毒力基因特征。1.食品、动物和临床病人源单核细胞增生李斯特菌遗传多样性分析对分离自中国的单增李斯特菌分离株369株(其中包括食品源326株、动物源25株和临床病人源18株),利用多重PCR和测序等进行血清分型、多位点分型(MLST)和毒力基因谱分析。结果表明,食源性分离株以1/2a-3a为主(37.4%),其次为1/2c-3c(26.3%)和1/2b-3b(16.2%)。血清型4b-4d-4e和4a-4c分别占10.1%and 9.8%;大部分动物来源菌株为血清型4a-4c(76%);18个人源菌株以1/2a,3a为主(44.4%),其次为1/2b-3b(27.7%)。系统发育谱系分析揭示食品分离株以谱系II为主(63.4%),其次为谱系I(26.6%);动物源分离株主要为谱系III(76%);大部分人源菌株属于谱系II(55.5%),其次为谱系I(38.8%%)。上述结果提示,食品源和人源菌株具有相似的血清型和谱系(1/2a,3a和谱系II)。369株分离株通过多位点序列分型,获得55个ST型,属于26个克隆群(CC)和15个单型。食品分离株以ST9为主(26%),属于CC9(占27.9%);其次为ST8/CC8(8.8%)和ST121/CC121(8.8%)。动物源分离株以ST202/CC69为主(76%);人源菌株以ST8/CC8为主(16.6%),其次为ST9/CC9(11.1%)。人源和食品源的部分分离株均同属ST8/CC8和ST9/CC9,而动物源菌株具有其自身独特的遗传谱系。虽然本研究的人源菌株数有限,但结果揭示了单增李斯特菌由食品向人的传播。2.单核细胞增生李斯特菌耐药性及其耐药基因分析虽然单增李斯特菌的抗菌素耐药性并不像其他食源性病原(如沙门氏菌)那样严重,但有可能逐渐增加。因此,探明其对抗菌药物敏感性及耐药性的遗传决定因素依然重要。本研究对369株单增李斯特菌分离株进行了最小抑菌浓度(MIC)测定,从中选取40株具有耐药表型的菌株进行了全基因组测序以探明其耐药基因。结果表明:单增李斯特菌的总体耐药率较低,所有分离株都对美罗培南、万古霉素、利福平和左氧氟沙星敏感。耐药菌株多为食品源分离株,对四环素、红霉素、复方新诺明、氯霉素、庆大霉素和氨苄青霉素的耐药率在2.1%-5.1%之间。以下抗菌素耐药基因存在于表型抗性的分离株中;β-内酰胺类的blaMOR-2-1、氨基糖苷类aac(6)-aph-2’’1、磺胺甲恶唑甲氧苄氨嘧啶dfr G-1、红霉素抗性基因(er(D)-1、mef(A)-1、mef(A)-4、msr(D)-2和msr(D)-3)、四环素抗性基因(tet(M)-1、tet(D)-1、tet(X)-2和tet(S)-3)以及氯霉素耐药基因(cat-5和cat A2-5),其中blaMOR-2-1、aac(6)-aph-2’’1、cat-5和cat A2-1基因之前在李斯特菌中未见报道,属于首次发现。3.单核细胞增生李斯特菌侵袭性感染的致病基因分析完成了13株单增李斯特菌中国临床分离株的全基因组测序,并从数据库获取了47株国外分离株的全基因组序列,进行了全基因组系统发育分析和致病相关基因关联分析,包括与粘附和侵袭、应激蛋白、免疫调节、细胞内存活、铁摄取、表面蛋白锚定、胆汁抵抗、酶和毒素相关的编码基因。60株菌株的优势血清型为1/2a-3a(61%),其次为4b-4d-4e(20%)和1/2b,3b(18%),包括谱系II(63%)和谱系I(37%)。不同临床样品来源菌株的血清型和谱系有一定差异,血样和流产样品来源的分离株主要为血清型1/2a-3a和谱系II,而脑脊液和粪便样品主要为血清型4b-4d-4e和谱系I。所有菌株分为26个ST型,25个分属于不同CCs,1个单型。血样、脑脊液和流产样品来源的菌株以CC8(包含ST8、ST20和ST292)为主流型,脑脊液样品还包含CC1菌株;粪便样品主要包括CC1(ST1)和CC5(ST5)菌株。来源于粪便样品的ST5(CC5)菌株提示单增李斯特菌的肠道感染。基于全基因组的系统发育分析表明,CC8、CC7和CC5的中国分离株分别与瑞士/意大利(CC8)和加拿大(CC7和CC5)分离株在同一分支,提示其基因组水平相似度高,可能与各种食品的国际贸易或食品加工业使用污染有单增李斯特菌的进口原料污染生产环节所致。致病相关基因与克隆谱系关联分析结果表明,所有菌株均携带致病岛1(LIPI-1)和LIPI-2以及与细胞内存活、表面锚定、胆酸盐耐受相关基因;CC8、CC7、CC9和CC415克隆群菌株携带黏附和侵袭相关基因,如inl E、ami和aut基因,而CC1、CC2、CC4和CC6克隆群菌株则没有这些基因。更为重要的是约有四分之一菌株携带致病岛3(LIPI-3)完整的基因簇,其中包括5株中国分离株和9株国外分离株。这些结果提示,单增李斯特菌具有相当程度的遗传多样性,但不同地区间部分单增李斯特菌克隆群菌株之间可能存在基因突变和转移,以便获得抗性或致病性并更好适应不同地域的环境。综上所述,本研究证明了不同来源单增李斯特菌呈现血清型、遗传谱系和克隆群多样性,部分食品源和人源分离株的血清型和谱系相同,以血清1/2a,3a和谱系II为主。受试菌株的耐药率较低,但我们新发现了李斯特菌中的抗性基因(如blaMOR-2-1,aac(6)-aph-2’’1,cat-5 and cat A2-1,需要持续监测其在李斯特菌中的传播。部分中国分离株与欧洲和北美分离株同属CC8、CC7和CC5克隆群,以1/2a,3a血清型和谱系II菌株为主,说明国际贸易和旅行在该菌相关克隆群跨境传播中的作用。有四分之一的临床分离株携带LIPI-3全套基因,其与致病性的关系有待进一步研究。上述研究结果为开展针对食品加工全产业链(包括进口食品)的单增李斯特菌有效监控和临床病例的有效治疗提供基础。
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