腐生葡萄球菌G和S谱系与尿路感染的进化史

2023-05-15 00:00:00
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核心提示:腐生葡萄球菌常见于生殖道和会阴,最常在尿路感染(UTIs)中鉴定到,男性和女性均可感染这种细菌,其复发感染频率高于大肠杆菌UTI。

  腐生葡萄球菌可在人类身上定植,经常在胃肠道、阴道和会阴中发现,也在家畜肠道和直肠菌群中发现,是肉类和发酵食品的常见污染物。引起人类UTI的腐生葡萄球菌的宿主被认为是内源性的,由于肉类经过加工链经常被细菌污染,肉类和食物被推测是人类肠道定植和人类腐生葡萄球菌感染的来源。

  该研究使用表型、基因组和泛基因组关联研究(pan-GWAS)方法对全球和局部对腐生葡萄球菌进行了鉴定,确定了驱动腐生葡萄球菌进化的适应性特征,定义了腐生葡萄球菌的种群结构,研究了其传播途径并确定了新的致病因子。

  研究显示谱系腐生葡萄球菌G和S与人类尿路感染相关,两者似乎有不同的进化历史。本研究数据支持G系的食源性起源,其通过食品传播给人类。研究发现S系来源于直接或间接人类传播的社区,这解释了本地传播中也存在广泛的地理传播。此外观察到的腐生葡萄球菌在猪体内的定植率极低(1%),这可能由于交叉抑制细菌相互作用;然而,屠宰场环境中的污染有时达到35%。腐生葡萄球菌在屠宰场环境中的扩增可能因对杀菌剂的抗性而增强。研究发现,屠宰场工人的洗手被定植了与屠宰场环境分离物和导致尿路感染的菌株高度相关,这表明工人暴露于屠宰场环境是人类定植的危险因素。

  图1:1997-2017年全球从人类感染和定植中腐生葡萄球菌分离株的最大进化树

  图1采用9134个SNPs,321株分离株来自UTIs,12株来自血液,4株来自定植。每个节点代表一个应变;具有相同颜色的节点属于同一谱系。将组装好的序列定位到腐生菌ATCC 15305上。AP008934.1;黑星)。

  腐生葡萄球菌G和S谱系不同的遗传内容和表型特征进一步反映了人类和动物、屠宰场和食物环境的不同选择压力,并提出了不同的致病性进化策略。该研究发现与定植-污染相关的四环素和抗菌素耐药性基因也与G谱系的分离株相关。此外,编码糖代谢、丝氨酸蛋白酶和与感染相关的甲氧苄氨嘧啶抗性的基因也与S系分离株相关,表明这两个谱系具有独特性。研究结果还确定相关抗菌药物的使用,特别是甲氧苄啶、大环内酯类和四环素,在耐药性发展和致病性中的关键作用。这些药物的亚抑制浓度已被证明通过诱导生物膜的产生、定量感应或噬菌体来促进细菌的毒力并可能增加腐生葡萄球菌的致病性。

  图2. 腐生葡萄球菌在群落中的传播模型

  箭头表示G系(绿色)株和S系(黄色系)的腐生菌分离株的传播和传播。G系菌株来自动物,通过猪等生产动物进入屠宰场,在设备上存活,并污染加工链中的肉类。G系菌株可以通过受污染的肉类和屠宰场的工人进入社区。S系菌株很可能来自人类和灵长类动物,并可能在社区内通过人与人与人之间的接触传播。

  表1. G系腐生葡萄球菌菌株相关基因列表*

  表2. S系腐生葡萄球菌菌株相关基因列表*

  此外,研究发现S系分离株和UTIs具有较高的r/m率,可与自然转化的细菌种类如肺炎克雷伯菌和化脓性链球菌相比较,在表皮葡萄球菌中也观察到类似的现象。细胞表面蛋白的变异被证明有助于逃避人类免疫,类似的策略可能有利于腐生葡萄球菌在泌尿系统的感染。

  但该研究的结论受到所分析的样本收集的特征的限制。特别是时间信号的缺乏并不能推断出采样点之间的传输方向。由于缺乏来自其他动物宿主、环境或人类不同生态位的样本,该研究无法确定猪肉和人类作为这两种谱系的独特来源,也无法确定腐生葡萄球菌的首选生态位。

  文献来源:https://doi: 10.3201/eid2703.200852.

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