2017-09-07
2012年，一種神秘細菌開始在一小部分剛接受心臟直視手術的患者中出現，這一神秘細菌隨后被揭秘是引發肺結核病原體的“遠親”——分枝桿菌嵌合體（Mycobacterium chimaera）。該細菌會導致心臟內膜發炎并擴散至身體其他部位，且對大多數抗生素和消毒液有抵抗力，因此經常是致命的。自2013年，在歐洲和美國等國已報道了超過100例因分枝桿菌嵌合體感染所引起的疾病。令人詫異的是，科學家們最終追查到導致疾病的真兇竟是心臟手術期間所使用的LivaNova控溫儀（HCU），研究人員在患者被感染醫院的HCU當中取樣，發現了大量的分枝桿菌嵌合體。
最近，歐洲多國科學家聯名在《Lancet Infectious Diseases》（影響因(yin)子19.864）上(shang)發表了一篇文章，通(tong)過搜集不同來源的分枝(zhi)桿菌嵌合體菌株(zhu)并進行測序，揭示該致病(bing)菌擴散(san)的真相(xiang)。
研(yan)究方(fang)法：
本篇(pian)文(wen)章從歐洲，美國(guo)，澳大利(li)亞等(deng)地的(de)(de)多個場所收集了250株(zhu)分枝桿菌嵌合體，分離株(zhu)來源包括(kuo)因(yin)心臟手(shou)術感染該(gai)細菌的(de)(de)病(bing)人、各個醫院的(de)(de)HCU設備、LivaNova HCU產地、不相關(guan)的(de)(de)環境和病(bing)人等(deng)。選取(qu)不同來源的(de)(de)4株(zhu)代表菌株(zhu)利用三(san)代測序技(ji)術測(ce)得(de)完整基因組(zu)信息(xi)，將其(qi)它菌株通過二代測(ce)序獲(huo)得(de)的短片段與參(can)考序列(lie)進(jin)行(xing)比對，明(ming)確不同來源的分枝桿菌嵌合體的親緣關系(xi)。
測(ce)序平臺：，PacBio RS II和Illumina NextSeq & HiSeq平臺(tai)
研究結(jie)果：
1、參(can)考(kao)菌株基因組(zu)信(xin)息
通(tong)過第(di)三代測序(xu)平(ping)臺獲得(de)分枝桿菌(jun)嵌合體菌(jun)株ZUERICH-1、ZUERICH-2、DSM 44623和MC045的(de)全基因組序(xu)列(lie)，拼接(jie)得(de)到了一條染(ran)色體和多個質粒。它們(men)的(de)基因組大(da)小相(xiang)近且序(xu)列(lie)相(xiang)似性很(hen)高。
2、基于SNP的進化分析
以菌株(zhu)DSM 44623序(xu)列為(wei)參考基因(yin)組(zu)(zu)，對所分(fen)離的250株(zhu)菌基于SNP構(gou)建(jian)Splitstree，結(jie)果顯(xian)示所有(you)(you)(you)菌株(zhu)被分(fen)為(wei)4組(zu)(zu)，大部(bu)分(fen)集中(zhong)于第(di)(di)一組(zu)(zu)和第(di)(di)二(er)(er)組(zu)(zu)當中(zhong)（其(qi)中(zhong)第(di)(di)一組(zu)(zu)有(you)(you)(you)200株(zhu)，第(di)(di)二(er)(er)組(zu)(zu)有(you)(you)(you)29株(zhu)），且所有(you)(you)(you)從手術相關(guan)病人(ren)分(fen)離得來的分(fen)枝(zhi)桿菌嵌合(he)體都(dou)被歸于第(di)(di)一組(zu)(zu)。
以分枝桿菌嵌(qian)合體菌株ZUERICH-1（來源(yuan)于手術相(xiang)關病(bing)人）為參考菌株，基(ji)于第一組當中200株菌的SNP構建系統發生樹(shu)（Maximum likelihood tree），劃分出(chu)11個亞(ya)組。
同(tong)樣，以分枝桿菌(jun)嵌合體(ti)菌(jun)株(zhu)ZUERICH-2（來源于(yu)環境）為參考菌(jun)株(zhu)，基于(yu)第(di)二組(zu)當中29株(zhu)菌(jun)的(de)SNP構建系(xi)統發生樹（Maximum likelihood tree），除(chu)菌(jun)株(zhu)230、121和225之外的(de)其它菌(jun)株(zhu)構成(cheng)一個緊密的(de)亞組(zu)。
3、不(bu)同來源菌株(zhu)的歸屬(shu)統計
對不同來源菌株(zhu)在各個(ge)亞組出現的(de)(de)相對頻率進行統計(ji)，以圓圈的(de)(de)大(da)小(xiao)表(biao)示相對頻率。結(jie)果顯示，來自手(shou)術病(bing)人的(de)(de)菌株(zhu)與(yu)從HCU分離到的(de)(de)菌株(zhu)高度(du)相關。
結論(lun)
基于(yu)SNP構建系(xi)統發育(yu)樹可將不(bu)同(tong)來(lai)源的250株分枝桿菌嵌合體序列(lie)大致分為兩組。手術相關患者(zhe)分離菌株全部位于(yu)第1組當中(zhong)，其(qi)中(zhong)1.1亞組中(zhong)包(bao)含了手術相關患者(zhe)的分離株，也包(bao)含大量來(lai)自LivaNova HCUs及其(qi)生產地點的分離株。因此，由于(yu)從手術相關病人分離到的分支桿菌嵌合體與臨床上所(suo)使用(yong)的(de)LivaNova HCUs及(ji)LivaNova生(sheng)產地的(de)大部分(fen)分(fen)離株之間的(de)高(gao)度(du)相似性，LivaNova HCUs 極(ji)有(you)可能是大部分(fen)感染的(de)最終(zhong)來源。
文章索引(yin)
van Ingen J, Kohl TA, Kranzer K, et al. Global outbreak of severe Mycobacterium chimaera disease after cardiac surgery: a molecular epidemiological study. Nucleic Acids Research, 2017 Jul 12.
