中文题目：伴侣动物感染组的多样性及其在动物和人类疾病中的潜在作用

期刊及年份：mSphere，2024年7月

https://doi.org/10.1128/msphere.00439-24

通讯作者：施莽，中山大学医学院教授。主要开展病原基因组学，新病原发现，以及病原体和宿主之间的相互作用的课题，并且致力于将最前沿的高通量测序技术和生物信息学方法运用于病原体的研究，在组学病原学和信息病原学等前沿学科领域做出了许多开创性的工作。

摘要：伴侣动物拥有多种微生物群落，由于密切和频繁的接触，可能会对人类健康产生潜在影响。为了更好地表征它们的总感染情况并评估人畜共患风险，我们对伴侣动物(猫和狗)的总体感染情况进行了表征，并评估了它们潜在的人畜共患风险。对从中国各地收集的239份猫狗样本进行了宏转录组学分析，鉴定出24种病毒、270种细菌和2种真菌。比较了不同动物物种(猫或狗)、采样部位(直肠或口咽)和健康状态(健康或患病)之间总体微生物组和感染组组成的差异。多样性分析显示，与健康动物相比，患病动物的病毒丰度普遍较高，而微生物组成的差异主要由采样地点驱动，其次是动物物种和健康状况。疾病关联分析验证了已知病原体的致病性，并提示了以前未描述的细菌和新发现的病毒的潜在致病作用。跨物种传播分析确定了猫和狗之间共有的七种病原体，例如甲型冠状病毒1型，尽管具有不同的致病性，但在口咽和直肠拭子中均检测到。进一步的分析表明，一些病毒，如甲型冠状病毒1，具有多种谱系，表现出不同的致病性、组织或宿主偏好。最终，系统的进化筛选在该样本集中确定了27种潜在的人畜共患病原体，细菌物种远远多于病毒物种，这意味着对人类的潜在健康威胁。总体而言，我们的meta trans scriptomic分析揭示了主要伴侣动物中积极转录微生物的景观，突出了关键病原体，具有跨物种传播潜力的病原体以及可能的人畜共患威胁。  

主要内容

我们从中国四个省份的571只伴侣动物(猫和狗)中抽取了总共1130份口咽和/或直肠拭子样本。基于这些样本，我们为meta转录组学分析建立了一个平衡的实验设计。这包括来自患病和健康动物(122:117)、猫和狗(120:119)以及口咽和直肠拭子(117:122)的239个样本(图1)。患病组包括表现出呼吸道症状(如打喷嚏、咳嗽和鼻分泌物)或胃肠道症状(如腹泻和呕吐)的动物(61:61)。在患病组中，直肠拭子仅从有胃肠道症状的动物身上采集，而口咽拭子仅从有呼吸道症状的动物身上采集。因此，在以下分析中，患病动物取样点之间的比较暗示了出现呼吸道和胃肠道症状的动物之间的比较。对于每种组合(即健康状况、动物物种和采样点)，27-34个个体被用作重复，其地理分布在采样发生的中国四个省份之间是平衡的。

总感染组的特征

我们对每个样本的总感染组进行了meta转录组学分析，发现了24种已知的哺乳动物相关病毒，270种细菌属和2种真菌属(图2)。这里鉴定的病毒种包括17种RNA病毒，6种DNA病毒和1种外源性逆转录病毒。总共代表了19个病毒属和14个科(图S1和S2)。其中许多是家畜中众所周知的病原体，如甲冠状病毒1型、猫杯状病毒、犬细小病毒、犬麻疹病毒和诺瓦克病毒。我们还发现在我们的样本中存在高流行率的不确定致病潜力的病毒，包括犬vesivirus (N = 27)，犬kobuvirus (N = 16)，犬astrovirus (N = 14)和mamastrovirus 2 (N = 13)。一般情况下，每只动物平均鉴定出1.61±1.04种(平均±s.d)，最多鉴定出5种哺乳动物相关病毒，患病动物明显多于健康动物(患病动物1.87±1.19种，健康动物1.24±0.58种，Wilcoxon检验P = 0.0006;图S3)。  

总体而言，基于元转录组测序，总感染组占总非rRNA reads的中位数为11.8%(范围:0.02%-65.22%)(图2b)，其中许多属于共生菌(中位数:11.3%的rRNA reads;范围:0.01%-37.66%)。相比之下，哺乳动物相关病毒的数量要少得多(rRNA reads的中位数为0.016%，范围为4.8 × 10 - 5%至65.22%)，尽管在5个样本中，病毒reads的数量超过了rRNA reads的10%。

微生物组成和多样性的比较

我们比较了不同采样点(口咽/直肠拭子)、动物物种(狗/猫)和健康状态(健康/患病)的总体微生物多样性(图3a;图S3)。在这些分析中没有考虑样本位置(即省份)的影响，因为我们发现其对病毒和细菌组成的影响都不显著[置换多变量方差分析(PERMANOVA)检验，P≥0.05]。这使我们能够将来自四个省的样本视为独立的重复。口咽拭子的细菌丰富度显著高于直肠拭子(Wilcoxon检验，P < 0.001)。狗口咽样本的细菌丰富度高于猫(P < 0.001)，猫直肠样本的病毒丰富度高于狗(P = 0.005)。就健康状况而言，健康犬口咽样本中的细菌丰富度高于病犬(P = 0.001)。相反，病毒丰富度在患病动物口咽拭子中显著较高(猫口咽拭子，P = 0.034;犬口咽部拭子(P = 0.013)和犬直肠拭子(P < 0.001)。病畜的平均病毒丰度显著高于病畜(P < 0.05)。细菌和病毒群落组成(β多样性)在不同采样点之间差异显著(PERMANOVA检验，R2 = 0.26, P < 0.001)，病毒(R2 = 0.038, P < 0.001)。对于细菌，猫和狗在两种拭子中的组成不同(P < 0.001)，在口咽拭子的健康状况之间的组成不同(P = 0.005)。不同种属间病毒组成差异显著(直肠拭子，P = 0.003;口咽拭子，P < 0.001)和健康状况(直肠拭子，P = 0.002;口咽拭子，P = 0.009)。

可能的疾病关联

通过比较出现呼吸道或胃肠道症状的健康动物和患病动物的患病率，推断出可能与呼吸道和/或胃肠道疾病相关的病毒种类(图4)。值得注意的是，在患病组中，直肠拭子仅收集来自有胃肠道症状的动物。而口咽拭子仅来自有呼吸道症状的患者。因此，患病动物取样点之间的比较也意味着有呼吸道和胃肠道体征的动物之间的比较。许多病毒仅与患病动物相关，如犬细小病毒、犬星状病毒和哺乳动物正状病毒5型，并且对特定采样点或动物物种也表现出特异性。在健康和患病动物中均检测到所有其他病毒，尽管有些病毒在患病动物中的流行率高于健康动物，例如猫杯状病毒和犬麻疹病毒在狗样本中。有趣的是，就甲型冠状病毒1而言，不同采样地点和动物之间的疾病关联可能不同。事实上，这种病毒只与狗直肠样本中的疾病有关(图4)。

由于潜在病原体在患病动物中可能显示出更大的丰度，我们使用三个独立的测试——deseq2、LefSe和Wilcoxon测试，在健康和患病动物之间进行了差异丰度分析(DAA)。只有5个以上阳性样本的微生物种/属被纳入本分析。该分析显示，6种病毒和26种细菌属与疾病相关(图5;图S6和S7)。相比之下，51个细菌属表现出相反的趋势:健康人群的丰度高于患病人群(图5;图S6和S7)。

正如几种潜在致病性和非致病性病毒种的种内系统发育树所示，在基因型/谱系水平上，致病性潜力和组织/宿主偏好的差异也很明显(图6)。对于甲型冠状病毒1，来自犬类相关谱系的序列主要在病犬中发现。而在健康和患病的猫身上都发现了与猫科相关的血统。同样，不同的谱系与猫杯状病毒的致病性差异有关，某些谱系主要与病猫有关，而另一个谱系与健康猫和病猫都有关，这表明机会性感染。相比之下，犬vesivirus没有观察到这种模式(图6)。

共享传染病原体和人畜共患病风险

我们发现了六种同时感染猫和狗的病毒，这表明它们具有跨物种传播的历史(图7)。所有六种病毒都在狗和猫的直肠拭子中检测到，但在猫直肠拭子中未发现犬麻疹病毒。在口咽拭子中还检出4种病毒(犬麻疹病毒和甲型冠状病毒1型、犬vesivirus和犬astrovirus)。值得注意的是，甲型病毒1在物种和采样点中都有很高的流行率，这表明宿主范围和组织趋向性很广(图6)。此外，这些数据显示了许多混合感染(图S8;表S3)。如甲型冠状病毒1型与犬细小病毒、犬科布病毒多发(χ 2检验，P < 0.05)，其丰度也呈显著正相关(Spearman检验，P < 0.05)。