2025-07-22
近日，新疆农业大学在食品科学与技术领域的《Food Research International》发表新研究成果！本研究对中国新疆地区动物源性食品链中的鼠伤寒沙门菌（Salmonella Typhimurium）进行了系统调查，发现该菌检出率为2.25%，82.46%菌株呈现多重耐药且96.49%具有生物膜形成能力，两者存在显著相关性。基因组分析显示ST34型为优势菌株（牛羊源），其他型别主要存在于禽类，且不同宿主来源菌株携带特征性质粒和耐药基因。该研究揭示了菌株的宿主偏好性和耐药-成膜关联性，为新疆地区食源性致病菌防控提供了重要依据。
研究背景
沙门氏菌是一种重要的全球性食源致病菌，其中鼠伤寒沙门氏菌（S.Typhimurium）因其多重耐药特性和强大的生物膜形成能力，对食品安全和公共卫生构成重大威胁。该菌不仅能够通过质粒等可移动遗传元件携带多种耐药基因，还具备形成保护性生物膜的独特能力，使其在恶劣环境和抗生素压力下仍能保持顽强生存。全基因组测序技术为监测沙门氏菌的血清型、耐药基因、毒力基因和序列分型等提供了有力工具。新疆作为畜牧业和动物源性食品加工的重要地区，其食品链中的沙门氏菌污染状况及S.Typhimurium的多细胞行为、耐药特性和基因组特征研究具有重要意义。
研究材料与方法
1.实验材料
筛选源自不同养殖动物、具有不同耐药表型、呈现差异化的生物膜形成能力的阳性沙门氏菌分离株。
2测序平台
illumina Novaseq
3.分析内容
细菌基因组denovo测序、血清型分析、MLST分析、毒力基因分析、耐药基因分析、泛基因组分析和核心基因组进化树构建等。
研究结果
沙门氏菌流行情况、血清型和药敏实验
2016-2024年新疆动物源食品沙门氏菌检测结果显示，总检出率为8.26%，其中S.Typhimurium为主要流行血清型（27.21%），显著高于肠炎沙门氏菌。从动物来源看，鸽源S.Typhimurium检出率最高（65.85%），其次为鹅源和羊/山羊源；从流通环节看，屠宰场检出率最高（35.51%），显著高于养殖场和市场。新疆地区动物源性S.Typhimurium呈现严重的多重耐药现象，总体多重耐药率达82.46%。菌株对β-内酰胺类、四环素类和氯霉素等抗生素耐药率均超过70%，但对三代头孢和喹诺酮类仍保持相对敏感。值得注意的是，反刍动物源菌株表现出更严重的耐药性，其多重耐药率高达100%，显著高于禽源菌株。此外，20.18%的菌株同时对7种抗生素耐药，部分菌株甚至可耐受9-11种抗生素。
图1 药敏实验结果
鼠伤寒沙门氏菌表型特征鉴定
62.28%的菌株呈现多细胞行为，其中反刍动物源菌株比例高达97.22%。生物膜形成能力检测发现96.49%菌株具有成膜能力，强、中、弱成膜菌株分别占18.18%、41.82%和40.00%，且反刍动物源菌株成膜能力更强。相关性分析表明，多细胞行为与生物膜形成能力显著正相关，且多重耐药菌株（MDR）成膜能力更强。特别值得注意的是，对头孢曲松钠和阿奇霉素敏感的菌株反而表现出更强的生物膜形成能力。
图2 多细胞形态鉴定和MLST分型结果
基因组测序
选取了40株S.Typhimurium进行全基因组测序，包括30株多重耐药菌株（强、中、弱成膜能力各10株）和10株非多重耐药菌株。全基因组血清分型确认所有菌株均为S.Typhimurium，其中9株鸽源菌株（1株ST19和8株ST128）存在O5抗原相关基因oafA缺失。MLST分型鉴定出4种ST型：ST34、ST19、ST128和ST99。表型分析显示，ST34菌株均表现为RDAR多细胞表型且具有多重耐药性，其中10株呈中度生物膜形成能力，10株为强成膜能力；而禽源ST19/ST128菌株表现为SAW表型，ST99为SBAM表型，且生物膜形成能力均较弱。值得注意的是，ST34菌株呈现明显的宿主特异性（仅存在于反刍动物），而ST19/ST99/ST128则主要分离自家禽。质粒分析结果显示，所有测序菌株均携带质粒。牛羊源ST34菌株普遍携带R64、R478和pKPC_CAV1321三种质粒；禽源菌株（鹅和鸽）均含有pSLT-BT和pSPCV质粒，其中鹅源菌株还额外携带pIGJC156或pVCM01质粒。值得注意的是，鸽源ST19型菌株G1独特含有RSF1010、pOLA52、pIGMS32和pIGJC156四种质粒，显示出特殊的质粒携带模式。
图3 S.Typhimurium基因组特征
全基因组分析揭示了S.Typhimurium的耐药基因和毒力基因特征。在40株菌株中共预测到29种耐药基因，覆盖8类抗生素，其中aadA1（67.5%）、floR（60%）、tet(B)（55%）和sul3（52.5%）的预测率最高。值得注意的是，ST99和ST128型菌株（10株）未检出任何耐药基因，而ST34型菌株的耐药基因多样性显著高于ST19型。多重耐药菌株通常携带更多耐药基因，且强生物膜形成菌株的耐药基因预测率更高。毒力基因分析显示，所有菌株均携带107-116个毒力基因，主要功能涉及效应传递系统（69.83%）和相关因子（20.69%）等。ST19、ST99和ST128型菌株含有全部116个毒力基因，而ST34型缺失pef操纵子、spv基因簇等9个与黏附、免疫调控和侵袭相关的基因。这些发现表明不同ST型菌株在毒力基因组成上存在显著差异。
图4 耐药和毒力基因分析
泛基因组分析揭示了40株鼠伤寒沙门氏菌的基因组特征，共鉴定出5565个基因，包括4271个核心基因、33个软核心基因以及1261个附属基因。重要发现显示，反刍动物源ST34型菌株与禽源菌株（ST19/ST99/ST128）的基因组组成存在显著差异。系统发育分析基于核心基因组构建，结果表明菌株进化关系可分为三个主要分支，其中ST19与ST128型表现出最近的亲缘关系，形成独立分支。基因簇矩阵分析进一步证实了不同ST型菌株在核心基因组和附属基因组分布上具有特征性差异。
图5泛基因组分析
结 论
本研究揭示了新疆动物源性食品链中沙门氏菌的高流行率，其中鼠伤寒沙门氏菌的占比尤为突出。该血清型菌株普遍具有多细胞形态、强耐药性和生物膜形成能力，这些特性为其防控带来严峻挑战。通过对代表性菌株的全基因组测序分析，系统解析了不同ST型鼠伤寒沙门氏菌的表型和基因特征，并推测了各ST型菌株间的系统发育关系和潜在宿主偏好性。鉴于鼠伤寒沙门氏菌对人类健康的重大威胁，研究结果呼吁采取针对性措施应对其严重的污染和耐药问题。建议建立基于全基因组测序的流行病学监测体系，这对保障食品安全和维护公共卫生具有重要意义。
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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.
