污染饮用水：城市非正规住区家庭内大肠杆菌传播的 “帮凶”

在城市非正规住区，细菌感染问题严峻。为探究大肠杆菌传播途径，研究人员对肯尼亚内罗毕 50 户家庭展开研究。结果显示，污染饮用水促进家庭内人际菌株共享，水处理可阻断传播。该研究为防控细菌传播提供依据。

在全球范围内，细菌感染对人类健康，尤其是儿童健康构成严重威胁。每年，细菌肠道感染导致全球 9.2% 的 5 岁以下儿童死亡 ，还会引发急性胃肠道疾病，无症状感染也与儿童生长迟缓相关。在快速城市化的低收入和中等收入国家，情况更为严峻。这些地区超过 50% 的城市人口居住在非正规住区，安全饮用水、卫生设施和适当的卫生（WASH）基础设施有限，且家庭常进行小规模畜牧业，增加了人畜共患病传播风险。此外，传染病高发和抗生素的不规范使用，促使抗生素抗性基因（ARGs）变异产生，并通过水平基因转移在细菌菌株间传播。此前研究多关注人与动物间细菌菌株共享，忽视环境暴露途径。因此，探究人类、动物和环境间细菌传播途径及其范围，对制定阻断传播策略至关重要。

为解决这些问题，来自美国加利福尼亚大学伯克利分校、塔夫茨大学、布罗德研究所以及肯尼亚医学研究所等机构的研究人员，针对肯尼亚内罗毕城市非正规住区开展了一项研究。研究聚焦于大肠杆菌（Escherichia coli），这种细菌不仅是人类常见共生菌，也是重要的临床病原体，且常具抗生素耐药性。研究人员旨在阐明人类、家养动物和家庭环境之间的细菌菌株共享和 ARGs 传播情况，最终发现污染的饮用水会促进家庭内人类之间的菌株共享，而水处理有望阻断这一传播途径，该研究成果发表在《Nature Microbiology》杂志上。

研究人员采用了多种关键技术方法。首先是样本采集，选取 50 户有家禽且至少有一个 5 岁以下儿童的家庭，分两次采集人类粪便、家禽泄殖腔拭子、犬类粪便、储存饮用水和家庭土壤样本。其次，运用 PIC-seq（Pooling Isolated Colonies for sequencing）技术，从每个样本中选取至多 5 个疑似大肠杆菌菌落进行测序，以捕获菌株多样性。此外，还使用了多种生物信息学工具，如 StrainGE v1.3.3 来鉴定大肠杆菌菌株、计算菌株共享率，通过 Prokka、Roary 等工具进行基因注释、构建系统发育树等分析。

研究结果

1. 家庭特征：研究涉及两个分区的 50 户家庭，家庭规模中位数为 5 人。多数家庭从 communal taps 取水，部分家庭对储存水进行额外处理，且多将水储存在完全覆盖的容器中。Kibera 地区家庭使用氯化管道水，Dagoretti South 地区水源多样且均为未氯化水。
2. 菌株多样性因样本类型而异：共采集 321 个样本，捕获 1516 个菌落，鉴定出 800 个菌株，对应 299 个独特代表性参考菌株。储存饮用水样本中鉴定出的菌株数量显著低于其他样本类型，家庭土壤样本中菌株数量最多。不同样本类型中，参考菌株的分布存在差异，如人类粪便中独特参考菌株数量随年龄增加，家庭土壤中独特参考菌株数量最多。在菌株的系统发育分组方面，phylogroup A 最为丰富，不同样本类型中各 phylogroup 的比例有所不同，同时还鉴定出多种大肠杆菌致病型和志贺氏菌（Shigella）。
3. 家庭内人类与环境间菌株共享频繁：研究共鉴定出 154 个菌株共享样本对。家庭内同一宿主类型间菌株共享最为频繁，且家庭内人类与环境来源（如人类与水、家禽与土壤）的菌株共享率显著高于家庭间。相比之下，直接的人 - 动物菌株共享几乎不存在。
4. 污染饮用水促进人类 - 人类菌株共享：Dagoretti South 地区储存饮用水中大肠杆菌污染比例高于 Kibera 地区。在 Kibera 地区，由于使用氯化水，人类 - 水菌株共享率较低。研究发现，有大肠杆菌污染储存饮用水的家庭中，人类 - 人类菌株共享率显著高于无污染家庭。
5. PIC-seq 性能优于宏基因组学：与未进行培养富集步骤的宏基因组序列数据相比，PIC-seq 检测到更多菌株和菌株共享事件，在捕获菌株共享模式方面表现更优。
6. 临床相关 ARGs 的分布：家庭土壤中独特 ARG 簇数量最多，储存饮用水中最少。人类和家禽中不同类型的高风险 ARGs（如 Rank I ARGs）数量存在差异。多数 Rank I ARG 簇中的 ARGs 被预测具有移动性，部分 ARGs 在所有样本类型中均有较高检出率。
7. 菌株共享传播 ARGs：家庭内样本间的耐药组相似性与菌株共享率密切相关，表明频繁的菌株共享是共享相似耐药组的重要因素。而家庭间由于菌株共享事件较少，耐药组相似性与菌株共享率无显著相关性。

在讨论部分，研究人员指出，本研究强调了饮用水作为细菌菌株与人类交换关键途径的作用，污染的饮用水与家庭内更高的人类 - 人类菌株共享率相关。Kibera 地区因使用氯化水，降低了人类 - 水菌株共享率和储存饮用水中大肠杆菌污染水平，这表明氯化饮用水是阻断家庭内菌株共享的关键策略，但需注意优化加氯量和安全储存措施。此外，研究结果还表明，细菌克隆传播是塑造大肠杆菌菌株耐药组的主要驱动力，环境样本中存在许多高风险 ARGs，家禽中较高的 Rank I ARG 簇数量可能与当地家禽养殖中广泛使用某些抗生素有关。

综上所述，该研究通过深入探究城市非正规住区家庭内大肠杆菌菌株共享和 ARGs 传播情况，为理解细菌传播机制提供了重要依据，也为制定针对性的防控策略，如改善饮用水处理和卫生设施，以减少细菌感染和抗生素耐药性传播，提供了有力支持。