2017-09-07
2012年，一种神秘细菌开始在一小部分刚接受心脏直视手术的患者中出现，这一神秘细菌随后被揭秘是引发肺结核病原体的“远亲”——分枝杆菌嵌合体（Mycobacterium chimaera）。该细菌会导致心脏内膜发炎并扩散至身体其他部位，且对大多数抗生素和消毒液有抵抗力，因此经常是致命的。自2013年，在欧洲和美国等国已报道了超过100例因分枝杆菌嵌合体感染所引起的疾病。令人诧异的是，科学家们最终追查到导致疾病的真凶竟是心脏手术期间所使用的LivaNova控温仪（HCU），研究人员在患者被感染医院的HCU当中取样，发现了大量的分枝杆菌嵌合体。
最近，欧洲多国科学家联名在《Lancet Infectious Diseases》（影响因子19.864）上发表了一篇文章，通过搜集不同来源的分枝杆菌嵌合体菌株并进行测序，揭示该致病菌扩散的真相。
研究方法：
本篇文章从欧洲，美国，澳大利亚等地的多个场所收集了250株分枝杆菌嵌合体，分离株来源包括因心脏手术感染该细菌的病人、各个医院的HCU设备、LivaNova HCU产地、不相关的环境和病人等。选取不同来源的4株代表菌株利用三代测序技术测得完整基因组信息，将其它菌株通过二代测序获得的短片段与参考序列进行比对，明确不同来源的分枝杆菌嵌合体的亲缘关系。
测序平台：，PacBio RS II和Illumina NextSeq & HiSeq平台
研究结果：
1、参考菌株基因组信息
通过第三代测序平台获得分枝杆菌嵌合体菌株ZUERICH-1、ZUERICH-2、DSM 44623和MC045的全基因组序列，拼接得到了一条染色体和多个质粒。它们的基因组大小相近且序列相似性很高。
2、基于SNP的进化分析
以菌株DSM 44623序列为参考基因组，对所分离的250株菌基于SNP构建Splitstree，结果显示所有菌株被分为4组，大部分集中于第一组和第二组当中（其中第一组有200株，第二组有29株），且所有从手术相关病人分离得来的分枝杆菌嵌合体都被归于第一组。
以分枝杆菌嵌合体菌株ZUERICH-1（来源于手术相关病人）为参考菌株，基于第一组当中200株菌的SNP构建系统发生树（Maximum likelihood tree），划分出11个亚组。
同样，以分枝杆菌嵌合体菌株ZUERICH-2（来源于环境）为参考菌株，基于第二组当中29株菌的SNP构建系统发生树（Maximum likelihood tree），除菌株230、121和225之外的其它菌株构成一个紧密的亚组。
3、不同来源菌株的归属统计
对不同来源菌株在各个亚组出现的相对频率进行统计，以圆圈的大小表示相对频率。结果显示，来自手术病人的菌株与从HCU分离到的菌株高度相关。
结论
基于SNP构建系统发育树可将不同来源的250株分枝杆菌嵌合体序列大致分为两组。手术相关患者分离菌株全部位于第1组当中，其中1.1亚组中包含了手术相关患者的分离株，也包含大量来自LivaNova HCUs及其生产地点的分离株。因此，由于从手术相关病人分离到的分支杆菌嵌合体与临床上所使用的LivaNova HCUs及LivaNova生产地的大部分分离株之间的高度相似性，LivaNova HCUs 极有可能是大部分感染的最终来源。
文章索引
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.
