伤寒细菌的多样性与较高的死亡率有关

康奈尔大学的研究人员发现，在世界范围内，引起伤寒的细菌菌株中有 20% 在其外层(称为 Vi 荚膜)中存在基因变异，这种变异具有更高的毒力、更高的传染性和更高的抗生素耐药性，可能影响疾病的传播和疫苗的效力。

该项研究于6 月 19 日发表在《自然通讯》杂志上，是科学界首次对伤寒沙门氏菌 (S. Typhi) 的这些变种进行描述。

这项研究的负责人、兽医学院微生物学和免疫学系副教授宋正敏 (Jeongmin Song) 表示：“通过结合流行病学、基因组学和分子研究，我们能够对伤寒沙门氏菌 Vi 荚膜变体的各种类型和后果提供急需的见解。”

宋实验室的博士后研究员 Gi Young Lee 是该论文的共同作者。

伤寒沙门氏菌通过受污染的食物和水传播，每年导致 20 万人死亡。伤寒沙门氏菌依靠一种称为 Vi 荚膜的结构在宿主体内生长，这种结构覆盖在细菌外部，可作为抵御宿主免疫系统的保护层。形成 Vi 荚膜的分子称为荚膜多糖 (CPS)，可用于制造伤寒疫苗。

尽管 Vi 荚膜非常重要，但迄今为止，它的遗传多样性以及它如何影响毒力尚未被记录下来。“以前，我们认为只有一种类型，”宋说。“我们很好奇，在不同时间和地点发现的伤寒沙门氏菌临床菌株中是否存在 Vi 荚膜变异。”

为了研究 Vi 荚膜的潜在变异性，Lee 和 Song 分析了全球收集的 5,379 个菌株的全基因组。参与 Vi 荚膜合成的两种特定酶携带大量遗传变异。

通过研究这些酶中最常见的 21 种突变，Lee 和 Song 确定了这种遗传变异如何影响形成 Vi 荚膜的 CPS 的组成。“我们有一个有趣的发现，”Song 说。“这些特定的点突变中的每一个都会导致 Vi 的不同变体形式。”

根据这些结构特性，Lee 和 Song 根据荚膜结构的数量、长度或化学特性，将伤寒沙门氏菌变异株分为两大类，即低 Vi 荚膜变异株和高 Vi 荚膜变异株。

与唯一已知的 Vi 荚膜类型相比，低 Vi 荚膜的伤寒沙门氏菌感染宿主的能力更强。而高 Vi 荚膜的伤寒沙门氏菌则使受感染的小鼠病情加重，死亡率更高。

此外，带有高 Vi 荚膜的细菌在胆囊中定植的能力增强。重要的是，胆囊中感染伤寒沙门氏菌的康复患者中，有 2% 至 6% 的人会成为无症状的慢性带菌者，并可能在数月或数年内排出伤寒沙门氏菌，导致疾病持续存在。“这就像伤寒玛丽的故事，”宋说。

同样令人担忧的是，Lee 和 Song 发现高 Vi 菌株的地理分布比低 Vi 菌株更广泛，并且表现出更强的抗生素耐药性。“令人担忧的是，特定高 Vi 荚膜变体的所有病例都表现出对环丙沙星的耐药性，而环丙沙星是临床上治疗伤寒患者的常用药物，”Song 说。

宋的发现对流行病学具有广泛的影响。例如，宋说，更新目前的检测方法以识别流行的变异株可能会有所帮助。她的发现也为临床应用开辟了可能性。她说，我们不知道伤寒疫苗对所有类型的 Vi 胶囊是否同样有效。

下一步，宋女士将把遗传变异与荚膜特性之间的关联性从她论文中描述的 21 种扩展到所有发现的变异。“我们想为科学界制作一个参考图表，”她说。她还在研究其他产生类似超级型荚膜的沙门氏菌，包括丙型副伤寒沙门氏菌(它会导致一种类似于伤寒的疾病)和都柏林沙门氏菌(可以感染人类和牛)。

“总体而言，我们的研究提高了科学界内外对多种 Vi 型伤寒沙门氏菌荚膜变体的认识，”宋说。“它为未来研究伤寒沙门氏菌荚膜变体提供了一个框架，并提供了对抗 [这些类型的] 细菌的策略。”