日本多宿主来源问号钩端螺旋体全基因组比对揭示人兽共患新克隆群与隐匿传染源

时间:2026年1月25日
来源:International Journal of Medical Microbiology

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为破解“谁把钩体病带给人”这一悬案,作者团队对204株日本分离株进行WGS-cgMLST与BAPS分析,首次发现26个新克隆群(CGs),锁定冲绳岛屿Hebdomadis优势谱系Li20/CG486及城市Li3/CG6的褐家鼠为关键隐匿传染源,为精准监测与One Health防控提供高分辨率基因组工具。

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在亚热带岛屿戏水归来后突发高热、肌肉剧痛——这样的案例每年在日本冲绳悄然发生30余例,却被普遍误诊为流感。真正的元凶问号钩端螺旋体(Leptospira interrogans)隐身于河流、土壤与动物尿液中,其流行病学肖像长期模糊:临床与野生株之间究竟谁传染给谁?血清群与基因组如何对应?更棘手的是,传统显微凝集试验(MAT)无法区分新出现的变异株,而全球仅两家实验室能完成耗时数月的交叉凝集吸收试验(CAAT)。面对“诊断滞后—传染源不明—防控缺靶”的连环困局,日本厚生劳动省与冲绳县保健环境研究所联合团队决定用全基因组测序(WGS)为钩体病绘制一张“基因地图”。
研究人员收集了1989–2021年来自日本全国85例人、36例犬及83例野/逸生动物的204株分离株,其中52%来自疫情高发的南西诸岛。通过Illumina MiSeq 300 bp双端测序、SPAdes de novo组装及CheckM质控,获得146株高质量的L. interrogans基因组。采用545位点核心基因组多位点序列分型(cgMLST)与基于单核苷酸变异的贝叶斯群体结构分析(BAPS),他们首先把菌株划分为30个克隆群(CGs),其中26个为全球首次报道;每个CG严格对应单一血清群,证明cgMLST可替代传统血清学。进一步将146株菌与全球477株参考株比对,发现日本人群感染主要由血清群Hebdomadis的Li20与Li13两大谱系包办,占比高达62%。Li20/CG486在冲绳本岛、西表岛、石垣岛的人、犬、猫鼬及琉球鼠之间形成零遗传距离簇,提示猫鼬—鼠类—环境—人完整传播链;而关东都市圈的Li3/CG6则与褐家鼠构成“城市型”疫源,与全球143株同类株跨洲分布一致,凸显褐家鼠作为世界性储存宿主的角色。犬源株还与北海道浣熊、九州黑鼠、奄美大岛野鼠共享CG481、CG485、CG470等谱系,证实环境暴露是宠物感染的主要途径。更意外的是,作者发现决定脂多糖O-抗原合成的rfb基因座呈现血清群特异性:Hebdomadis与Australis不同CG却拥有完全相同的rfb基因谱,提示血清群内部存在水平基因交换或平行进化。论文最终提出“基因组-宿主-地理”三维监测框架,为日本乃至全球钩体病精准预警和One Health干预提供了可复制的范式。
关键技术方法:
  1. 样本队列:1989–2021年日本85株人、36株犬、83株野/逸生动物分离株,覆盖南西诸岛、本九州、北海道。
  2. Illumina MiSeq 300 bp双端测序+SPAdes组装;CheckM质控保留≥95%完整度且<1%污染基因组。
  3. FastANI物种鉴定;Panaroo核心基因比对;SNP-sites提取变异;IQ-TREE构建最大似然树。
  4. Fastbaps进行BAPS群体结构推断(level 2)。
  5. 基于Pasteur数据库545位点cgMLST,定义≤40位点差异为同一CG。
  6. MUMmer定位rfb基因座边界sdcS–marR,Prokka注释,Panaroo比较基因存在/缺失。
研究结果:
3.1 基因组特征
204株菌经WGS得146株高质量L. interrogans,划分为30 CGs(26新),首次实现日本株高分辨率分型。
3.2 人源株与野生动物株关系
Hebdomadis Li20/CG486在冲绳岛屿人-猫鼬-鼠间无差异,确认为本地隐匿疫源;Icterohaemorrhagiae Li3/CG6在关东都市人-褐家鼠中同步出现,指向城市鼠类传播。
3.3 犬源株与野生动物株关系
15株犬源Hebdomadis中7株与同一岛屿猫鼬、野鼠、浣熊共享CG481、CG470、CG486,提示户外活动导致的环境感染。
3.4 野生动物株系统发生
北海道浣熊与北海道野鼠同处Li11/CG496,显示局域野生动物间基因流;奄美野兔与野猪共享Li15/CG472,揭示岛屿内跨种传播。
3.5 rfb基因座变异
同一血清群不同CG具有保守rfb谱,而血清群Autumnalis的远缘分支Li16与Li10–Li12存在基因获得/缺失,提示水平转移事件。
结论与讨论:
本研究用cgMLST+BAPS把“看不见”的钩体病传染源首次精确到CG级别,证实猫鼬、褐家鼠、浣熊等引入或本土野生动物是日本不同区域人群感染的真正“幕后推手”。发现26个新CG并阐明其宿主-地理分布,为建立基于基因组的早期预警系统奠定基线数据;同时揭示rfb基因座在血清群内部保守、群间可交换的特征,为未来开发无需CAAT的基因组血清型预测算法提供关键靶点。论文强调,对进口或逸生动物持续进行基因组监测,结合河流与环境样本宏基因组,将进一步封堵隐匿传播链,助力实现“同一健康”框架下的钩体病精准防控。

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