近日，新疆農業大學在食品科學與技術領域的《Food Research International》發(fa)表(biao)新(xin)研究成(cheng)果！本研究對中(zhong)(zhong)國(guo)新(xin)疆(jiang)地(di)區動物(wu)源(yuan)性(xing)食(shi)品(pin)鏈中(zhong)(zhong)的(de)鼠傷寒沙(sha)門菌(jun)(jun)(jun)(jun)（Salmonella Typhimurium）進(jin)行了系統調查，發(fa)現該(gai)菌(jun)(jun)(jun)(jun)檢出率(lv)為2.25%，82.46%菌(jun)(jun)(jun)(jun)株(zhu)(zhu)呈現多重耐藥(yao)且96.49%具有生物(wu)膜(mo)形成(cheng)能力(li)，兩者(zhe)存(cun)在顯著相關性(xing)。基(ji)因(yin)組(zu)分析顯示ST34型(xing)為優勢(shi)菌(jun)(jun)(jun)(jun)株(zhu)(zhu)（牛(niu)羊源(yuan)），其他型(xing)別主要存(cun)在于禽類，且不同(tong)宿主來(lai)源(yuan)菌(jun)(jun)(jun)(jun)株(zhu)(zhu)攜帶特征性(xing)質粒(li)和耐藥(yao)基(ji)因(yin)。該(gai)研究揭示了菌(jun)(jun)(jun)(jun)株(zhu)(zhu)的(de)宿主偏好性(xing)和耐藥(yao)-成(cheng)膜(mo)關聯性(xing)，為新(xin)疆(jiang)地(di)區食(shi)源(yuan)性(xing)致病菌(jun)(jun)(jun)(jun)防控提供了重要依(yi)據(ju)。

研究背(bei)景

沙(sha)(sha)(sha)門氏(shi)菌(jun)是一(yi)種重(zhong)要的(de)(de)全球性食源致病菌(jun)，其中鼠傷寒沙(sha)(sha)(sha)門氏(shi)菌(jun)（S.Typhimurium）因其多重(zhong)耐(nai)藥(yao)(yao)特性和(he)(he)(he)強大(da)的(de)(de)生物(wu)(wu)膜形成能力(li)(li)，對食品(pin)安全和(he)(he)(he)公共衛(wei)生構成重(zhong)大(da)威(wei)脅(xie)。該菌(jun)不僅(jin)能夠通(tong)過質粒等可移動(dong)遺(yi)傳元件(jian)攜帶多種耐(nai)藥(yao)(yao)基(ji)(ji)(ji)因，還具備形成保護性生物(wu)(wu)膜的(de)(de)獨特能力(li)(li)，使(shi)其在惡(e)劣環(huan)境和(he)(he)(he)抗生素壓力(li)(li)下仍能保持頑強生存。全基(ji)(ji)(ji)因組(zu)測序技(ji)術(shu)為(wei)(wei)監測沙(sha)(sha)(sha)門氏(shi)菌(jun)的(de)(de)血清(qing)型、耐(nai)藥(yao)(yao)基(ji)(ji)(ji)因、毒力(li)(li)基(ji)(ji)(ji)因和(he)(he)(he)序列分型等提(ti)供了(le)有力(li)(li)工(gong)(gong)具。新疆作為(wei)(wei)畜牧業(ye)和(he)(he)(he)動(dong)物(wu)(wu)源性食品(pin)加工(gong)(gong)的(de)(de)重(zhong)要地區(qu)，其食品(pin)鏈中的(de)(de)沙(sha)(sha)(sha)門氏(shi)菌(jun)污染狀況及S.Typhimurium的(de)(de)多細胞行為(wei)(wei)、耐(nai)藥(yao)(yao)特性和(he)(he)(he)基(ji)(ji)(ji)因組(zu)特征研究具有重(zhong)要意(yi)義。

研(yan)究材料(liao)與方(fang)法

1.實驗材料(liao)

篩選源自不同養殖(zhi)動(dong)物、具有不同耐藥表型、呈現差異化的(de)(de)生物膜形(xing)成能力的(de)(de)陽性(xing)沙門氏菌分離株。

2測序平臺(tai)

illumina Novaseq

3.分析內容

細(xi)菌基因(yin)組denovo測序、血清型(xing)分(fen)(fen)(fen)析、MLST分(fen)(fen)(fen)析、毒力基因(yin)分(fen)(fen)(fen)析、耐藥基因(yin)分(fen)(fen)(fen)析、泛基因(yin)組分(fen)(fen)(fen)析和核心基因(yin)組進化樹構(gou)建等。

研究結(jie)果

沙門氏菌流行情況、血清型和藥敏(min)實驗

2016-2024年新疆動物(wu)源(yuan)食品沙門氏(shi)菌(jun)檢(jian)測結(jie)果(guo)顯(xian)(xian)示，總檢(jian)出(chu)率(lv)(lv)為8.26%，其中S.Typhimurium為主要流行血(xue)清型（27.21%），顯(xian)(xian)著高(gao)于腸炎沙門氏(shi)菌(jun)。從動物(wu)來源(yuan)看，鴿(ge)源(yuan)S.Typhimurium檢(jian)出(chu)率(lv)(lv)最高(gao)（65.85%），其次為鵝源(yuan)和(he)羊/山(shan)羊源(yuan)；從流通(tong)環節(jie)看，屠宰場檢(jian)出(chu)率(lv)(lv)最高(gao)（35.51%），顯(xian)(xian)著高(gao)于養殖場和(he)市場。新疆地區動物(wu)源(yuan)性(xing)S.Typhimurium呈現嚴重(zhong)(zhong)(zhong)的(de)多重(zhong)(zhong)(zhong)耐(nai)(nai)(nai)(nai)(nai)藥(yao)(yao)(yao)現象，總體多重(zhong)(zhong)(zhong)耐(nai)(nai)(nai)(nai)(nai)藥(yao)(yao)(yao)率(lv)(lv)達82.46%。菌(jun)株(zhu)對(dui)β-內酰胺類、四環素類和(he)氯(lv)霉素等抗(kang)生(sheng)素耐(nai)(nai)(nai)(nai)(nai)藥(yao)(yao)(yao)率(lv)(lv)均超過70%，但對(dui)三代頭孢(bao)和(he)喹諾酮(tong)類仍保持(chi)相對(dui)敏感(gan)。值(zhi)得注意的(de)是，反(fan)芻(chu)動物(wu)源(yuan)菌(jun)株(zhu)表現出(chu)更嚴重(zhong)(zhong)(zhong)的(de)耐(nai)(nai)(nai)(nai)(nai)藥(yao)(yao)(yao)性(xing)，其多重(zhong)(zhong)(zhong)耐(nai)(nai)(nai)(nai)(nai)藥(yao)(yao)(yao)率(lv)(lv)高(gao)達100%，顯(xian)(xian)著高(gao)于禽源(yuan)菌(jun)株(zhu)。此(ci)外(wai)，20.18%的(de)菌(jun)株(zhu)同時(shi)對(dui)7種(zhong)抗(kang)生(sheng)素耐(nai)(nai)(nai)(nai)(nai)藥(yao)(yao)(yao)，部分菌(jun)株(zhu)甚至可耐(nai)(nai)(nai)(nai)(nai)受9-11種(zhong)抗(kang)生(sheng)素。

圖1 藥敏實驗結果

鼠傷寒沙門氏菌表型特征鑒定

62.28%的菌(jun)株(zhu)(zhu)呈現(xian)多(duo)細胞行(xing)(xing)為，其中反(fan)(fan)(fan)芻(chu)動物源(yuan)菌(jun)株(zhu)(zhu)比例高達97.22%。生(sheng)物膜形(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)能力(li)檢測(ce)發現(xian)96.49%菌(jun)株(zhu)(zhu)具有成(cheng)(cheng)(cheng)膜能力(li)，強、中、弱成(cheng)(cheng)(cheng)膜菌(jun)株(zhu)(zhu)分別(bie)占18.18%、41.82%和40.00%，且反(fan)(fan)(fan)芻(chu)動物源(yuan)菌(jun)株(zhu)(zhu)成(cheng)(cheng)(cheng)膜能力(li)更強。相關性分析表(biao)明，多(duo)細胞行(xing)(xing)為與生(sheng)物膜形(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)能力(li)顯著正(zheng)相關，且多(duo)重耐(nai)藥菌(jun)株(zhu)(zhu)（MDR）成(cheng)(cheng)(cheng)膜能力(li)更強。特(te)別(bie)值得注意(yi)的是(shi)，對頭孢曲松鈉和阿奇(qi)霉素敏感的菌(jun)株(zhu)(zhu)反(fan)(fan)(fan)而表(biao)現(xian)出更強的生(sheng)物膜形(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)能力(li)。

圖2 多細(xi)胞(bao)形態(tai)鑒定和MLST分型結果

基因組測序

選取了40株(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)S.Typhimurium進(jin)行全(quan)基因組(zu)測序，包括(kuo)30株(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)多(duo)重耐藥(yao)(yao)菌(jun)(jun)(jun)(jun)株(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)（強、中、弱成(cheng)膜能(neng)(neng)力各10株(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)）和(he)(he)10株(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)非(fei)多(duo)重耐藥(yao)(yao)菌(jun)(jun)(jun)(jun)株(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)。全(quan)基因組(zu)血清(qing)分型(xing)(xing)確認(ren)所有菌(jun)(jun)(jun)(jun)株(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)均(jun)為(wei)(wei)(wei)S.Typhimurium，其中9株(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)鴿(ge)源(yuan)菌(jun)(jun)(jun)(jun)株(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)（1株(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)ST19和(he)(he)8株(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)ST128）存在O5抗(kang)原相關(guan)基因oafA缺(que)失。MLST分型(xing)(xing)鑒定出4種ST型(xing)(xing)：ST34、ST19、ST128和(he)(he)ST99。表(biao)型(xing)(xing)分析顯(xian)示，ST34菌(jun)(jun)(jun)(jun)株(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)均(jun)表(biao)現(xian)為(wei)(wei)(wei)RDAR多(duo)細胞表(biao)型(xing)(xing)且具有多(duo)重耐藥(yao)(yao)性，其中10株(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)呈中度生物膜形成(cheng)能(neng)(neng)力，10株(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)為(wei)(wei)(wei)強成(cheng)膜能(neng)(neng)力；而禽(qin)源(yuan)ST19/ST128菌(jun)(jun)(jun)(jun)株(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)表(biao)現(xian)為(wei)(wei)(wei)SAW表(biao)型(xing)(xing)，ST99為(wei)(wei)(wei)SBAM表(biao)型(xing)(xing)，且生物膜形成(cheng)能(neng)(neng)力均(jun)較弱。值(zhi)得(de)(de)注(zhu)意的(de)是，ST34菌(jun)(jun)(jun)(jun)株(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)呈現(xian)明顯(xian)的(de)宿主特異性（僅存在于反芻動(dong)物），而ST19/ST99/ST128則主要分離自家(jia)禽(qin)。質粒(li)(li)分析結果(guo)顯(xian)示，所有測序菌(jun)(jun)(jun)(jun)株(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)均(jun)攜(xie)帶質粒(li)(li)。牛(niu)羊源(yuan)ST34菌(jun)(jun)(jun)(jun)株(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)普遍攜(xie)帶R64、R478和(he)(he)pKPC_CAV1321三(san)種質粒(li)(li)；禽(qin)源(yuan)菌(jun)(jun)(jun)(jun)株(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)（鵝(e)(e)和(he)(he)鴿(ge)）均(jun)含有pSLT-BT和(he)(he)pSPCV質粒(li)(li)，其中鵝(e)(e)源(yuan)菌(jun)(jun)(jun)(jun)株(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)還額外攜(xie)帶pIGJC156或pVCM01質粒(li)(li)。值(zhi)得(de)(de)注(zhu)意的(de)是，鴿(ge)源(yuan)ST19型(xing)(xing)菌(jun)(jun)(jun)(jun)株(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)G1獨特含有RSF1010、pOLA52、pIGMS32和(he)(he)pIGJC156四種質粒(li)(li)，顯(xian)示出特殊的(de)質粒(li)(li)攜(xie)帶模式。

圖3 S.Typhimurium基因組特征

全基(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)(yin)(yin)組(zu)分(fen)(fen)析揭示了S.Typhimurium的耐(nai)(nai)藥基(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)(yin)(yin)和(he)毒(du)力基(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)(yin)(yin)特征。在40株(zhu)(zhu)菌(jun)(jun)株(zhu)(zhu)中(zhong)共(gong)預(yu)測到29種(zhong)耐(nai)(nai)藥基(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)(yin)(yin)，覆蓋8類抗生素，其中(zhong)aadA1（67.5%）、floR（60%）、tet(B)（55%）和(he)sul3（52.5%）的預(yu)測率(lv)最高(gao)。值得注意的是，ST99和(he)ST128型菌(jun)(jun)株(zhu)(zhu)（10株(zhu)(zhu)）未檢出任何(he)耐(nai)(nai)藥基(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)(yin)(yin)，而ST34型菌(jun)(jun)株(zhu)(zhu)的耐(nai)(nai)藥基(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)(yin)(yin)多樣性顯(xian)(xian)著(zhu)高(gao)于ST19型。多重耐(nai)(nai)藥菌(jun)(jun)株(zhu)(zhu)通常攜帶更(geng)多耐(nai)(nai)藥基(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)(yin)(yin)，且強生物膜(mo)形成(cheng)菌(jun)(jun)株(zhu)(zhu)的耐(nai)(nai)藥基(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)(yin)(yin)預(yu)測率(lv)更(geng)高(gao)。毒(du)力基(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)(yin)(yin)分(fen)(fen)析顯(xian)(xian)示，所有菌(jun)(jun)株(zhu)(zhu)均攜帶107-116個毒(du)力基(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)(yin)(yin)，主要功能(neng)涉及效應傳遞系統(tong)（69.83%）和(he)相關因(yin)(yin)(yin)(yin)子（20.69%）等。ST19、ST99和(he)ST128型菌(jun)(jun)株(zhu)(zhu)含有全部116個毒(du)力基(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)(yin)(yin)，而ST34型缺失pef操縱子、spv基(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)(yin)(yin)簇等9個與黏(nian)附、免疫(yi)調控(kong)和(he)侵襲相關的基(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)(yin)(yin)。這些發現表明(ming)不同ST型菌(jun)(jun)株(zhu)(zhu)在毒(du)力基(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)(yin)(yin)組(zu)成(cheng)上存在顯(xian)(xian)著(zhu)差異。

圖(tu)4 耐藥和(he)毒力基因分析

泛基(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)組(zu)(zu)(zu)分(fen)(fen)析揭示了(le)40株(zhu)鼠傷寒沙門(men)氏菌(jun)的基(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)組(zu)(zu)(zu)特(te)征，共鑒定出5565個(ge)基(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)，包(bao)括4271個(ge)核(he)心基(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)、33個(ge)軟核(he)心基(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)以及(ji)1261個(ge)附屬基(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)。重要發現(xian)顯示，反(fan)芻動物源(yuan)ST34型菌(jun)株(zhu)與禽源(yuan)菌(jun)株(zhu)（ST19/ST99/ST128）的基(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)組(zu)(zu)(zu)組(zu)(zu)(zu)成(cheng)存在(zai)顯著差(cha)異。系統發育分(fen)(fen)析基(ji)(ji)(ji)于核(he)心基(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)組(zu)(zu)(zu)構建，結(jie)果表明菌(jun)株(zhu)進(jin)化關(guan)系可分(fen)(fen)為三個(ge)主要分(fen)(fen)支，其中ST19與ST128型表現(xian)出最(zui)近的親緣關(guan)系，形成(cheng)獨立分(fen)(fen)支。基(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)簇矩陣分(fen)(fen)析進(jin)一步(bu)證實了(le)不同ST型菌(jun)株(zhu)在(zai)核(he)心基(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)組(zu)(zu)(zu)和(he)附屬基(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)組(zu)(zu)(zu)分(fen)(fen)布上具(ju)有(you)特(te)征性差(cha)異。

圖5泛基因組分析

結(jie) 論

本(ben)研究(jiu)揭示了(le)新(xin)疆動(dong)物源(yuan)性食品鏈中(zhong)沙門(men)氏(shi)菌的(de)高流行率，其(qi)中(zhong)鼠傷寒(han)沙門(men)氏(shi)菌的(de)占比尤為(wei)突出。該血清型菌株(zhu)普遍具有多細胞形態(tai)、強耐(nai)藥性和(he)生(sheng)(sheng)物膜形成能力，這(zhe)些特(te)性為(wei)其(qi)防控帶來嚴峻(jun)挑戰。通過對(dui)代表性菌株(zhu)的(de)全(quan)(quan)基因(yin)組測(ce)序分析(xi)，系(xi)(xi)統(tong)解析(xi)了(le)不同ST型鼠傷寒(han)沙門(men)氏(shi)菌的(de)表型和(he)基因(yin)特(te)征，并推測(ce)了(le)各(ge)ST型菌株(zhu)間的(de)系(xi)(xi)統(tong)發育關系(xi)(xi)和(he)潛(qian)在宿主偏好性。鑒于(yu)鼠傷寒(han)沙門(men)氏(shi)菌對(dui)人類(lei)健(jian)康的(de)重(zhong)(zhong)大威脅，研究(jiu)結果呼吁采取針對(dui)性措施應(ying)對(dui)其(qi)嚴重(zhong)(zhong)的(de)污染和(he)耐(nai)藥問題。建(jian)議(yi)建(jian)立基于(yu)全(quan)(quan)基因(yin)組測(ce)序的(de)流行病(bing)學監測(ce)體系(xi)(xi)，這(zhe)對(dui)保(bao)障食品安全(quan)(quan)和(he)維(wei)護(hu)公共(gong)衛生(sheng)(sheng)具有重(zhong)(zhong)要意(yi)義(yi)。

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文章索引：

Li Y, Liu Y, Zheng B, et al. Multicellular behavior and genomic characterization of Salmonella Typhimurium in animal-derived food chains in **njiang, China: Phenotypic resistance, biofilm formation, and sequence types[J]. Food Research International, 2025: 116698.