基于噬菌体的检测作为伤寒环境监测的潜在工具

伤寒是一种由革兰氏阴性伤寒沙门氏菌(Salmonella typhi , S. Typhi)引起的感染，通常通过摄入受污染的食物或水而感染。据估计，全世界每年发生1100万例伤寒病例，造成10万多人死亡。负担最重的是低收入和中等收入国家，由于这些国家难以获得完善的供水和卫生设施，并且由于菌株产生耐药性，使用抗生素成功管理伤寒变得越来越困难。

伤寒沙门氏菌耐药性的持续出现和迅速扩大促使人们加快推出新的结合疫苗，以预防高危人群感染伤寒。最近，世界卫生组织建议在伤寒感染负担最重或耐药性伤寒沙门氏菌负担高的国家采用伤寒结合疫苗(typhoid conjugate vaccines ，TCV)。然而，许多风险国家缺乏伤寒负担数据，这对在国家免疫规划中采用TCV构成了主要障碍。目前，对伤寒负担的估计是通过基于人群的短期研究得出的，这些数据往往在地理和时间上受到限制。鉴于目前缺乏数据和基于人群的监测面临的挑战，环境监测正在成为抗击伤寒感染的重要手段。先前的研究表明，环境监测是识别伤寒传播高风险环境的工具，尽管受污染的水在伤寒传播中发挥了明确的作用，但事实证明，对检测是具有挑战性的，因为很难通过培养方法从水和其他环境样本中分离出伤寒沙门氏菌。分子检测伤寒沙门氏菌DNA是目前检测环境中伤寒沙门氏菌的主要方法，但需要相应的分子实验设施和训练有素的工作人员，估计每个样本的成本为数百美元。噬菌体是感染细菌的病毒，它们的丰度和宿主特异性使其成为病原菌环境监测的有希望的替代或补充工具。

本研究中研究者调查了尼泊尔不同社区(人口密度和伤寒负担不同)的地表水和饮用水中伤寒沙门氏菌噬菌体的丰度，并进行了基因组测序，以全面了解伤寒沙门氏菌噬菌体的遗传多样性。从尼泊尔四个不同地区共收集了428个环境水样(图1)。2019年11月至2021年10月期间，从Kathmandu和Kavre收集了377份样本，包括来自19个地点的河水(n = 361)和来自16个家庭的饮用水(n = 16)，检出伤寒沙门氏菌噬菌体的河流样本占54.8%(198/361)，饮用水样本占6.3%(1/16)。在城市中心人口密集地区及其下游采集的样本中，大多数(72.6%，193/266)含有伤寒沙门氏菌噬菌体，而在城市中心上游采集的样本中，只有5.3%(5/95)含有伤寒沙门氏菌。2021年9月，在Dolakha共采集了16份河流水样，均未发现伤寒沙门氏菌噬菌体。2022年5月，在Biratnagar采集了35个环境水样，包括河流(n = 7)、运河(n = 8)和饮用水(n = 20)，河流和饮用水中未检出伤寒沙门氏菌噬菌体，只在一个运河水样本检出伤寒沙门氏菌噬菌体。

图1.  尼泊尔伤寒沙门氏菌噬菌体检测采样地点

通过检测分离的噬菌体的宿主分布，发现所分离的噬菌体只能感染伤寒沙门氏菌，包括鞭毛基因缺失(ΔfliC)伤寒沙门氏菌，而不能感染其他细菌；并且测试了分离的噬菌体对尼泊尔流行的伤寒沙门氏菌的活性，这些伤寒沙门氏菌菌株属于14种不同的基因型，结果显示分离的噬菌体对伤寒沙门氏菌具有广泛的裂解活性。系统发育分析表明，分离的伤寒沙门氏菌噬菌体属于有尾噬菌体纲，分为3个不同的类群。

图2.  分离的伤寒沙门氏菌噬菌体的宿主范围活性

伤寒流行社区地表水中大量检出伤寒沙门氏菌噬菌体，而在低伤寒负担社区很少检出，并且分离的噬菌体对伤寒沙门氏菌具有特异性。用简单、低成本(约2美元)的噬菌斑测定法筛选小体积的水样本，可以检测出伤寒沙门氏菌噬菌体，其可作为一种可扩展的伤寒环境监测的潜在工具。