2017-09-07
2012年，一種神秘細菌開始在一小部分剛接受心臟直視手術的患者中出現，這一神秘細菌隨后被揭秘是引發肺結核病原體的“遠親”——分枝桿菌嵌合體（Mycobacterium chimaera）。該細菌會導致心臟內膜發炎并擴散至身體其他部位，且對大多數抗生素和消毒液有抵抗力，因此經常是致命的。自2013年，在歐洲和美國等國已報道了超過100例因分枝桿菌嵌合體感染所引起的疾病。令人詫異的是，科學家們最終追查到導致疾病的真兇竟是心臟手術期間所使用的LivaNova控溫儀（HCU），研究人員在患者被感染醫院的HCU當中取樣，發現了大量的分枝桿菌嵌合體。
最近，歐洲多國科學家聯名在《Lancet Infectious Diseases》（影響因子19.864）上發表了一篇文章，通過搜集不同來源的分枝桿菌嵌合體菌株并進行測序，揭示該致病菌擴散的真相。
研究方法：
本篇文章從歐洲，美國，澳大利亞等地的多個場所收集了250株分枝桿菌嵌合體，分離株來源包括因心臟手術感染該細菌的病人、各個醫院的HCU設備、LivaNova HCU產地、不相關的環境和病人等。選取不同來源的4株代表菌株利用三代測序技術測得完整基因組信息，將其它菌株通過二代測序獲得的短片段與參考序列進行比對，明確不同來源的分枝桿菌嵌合體的親緣關系。
測序平臺：，PacBio RS II和Illumina NextSeq & HiSeq平臺
研究結果：
1、參考菌株基因組信息
通過第三代測序平臺獲得分枝桿菌嵌合體菌株ZUERICH-1、ZUERICH-2、DSM 44623和MC045的全基因組序列，拼接得到了一條染色體和多個質粒。它們的基因組大小相近且序列相似性很高。
2、基于SNP的進化分析
以菌株DSM 44623序列為參考基因組，對所分離的250株菌基于SNP構建Splitstree，結果顯示所有菌株被分為4組，大部分集中于第一組和第二組當中（其中第一組有200株，第二組有29株），且所有從手術相關病人分離得來的分枝桿菌嵌合體都被歸于第一組。
以分枝桿菌嵌合體菌株ZUERICH-1（來源于手術相關病人）為參考菌株，基于第一組當中200株菌的SNP構建系統發生樹（Maximum likelihood tree），劃分出11個亞組。
同樣，以分枝桿菌嵌合體菌株ZUERICH-2（來源于環境）為參考菌株，基于第二組當中29株菌的SNP構建系統發生樹（Maximum likelihood tree），除菌株230、121和225之外的其它菌株構成一個緊密的亞組。
3、不同來源菌株的歸屬統計
對不同來源菌株在各個亞組出現的相對頻率進行統計，以圓圈的大小表示相對頻率。結果顯示，來自手術病人的菌株與從HCU分離到的菌株高度相關。
結論
基于SNP構建系統發育樹可將不同來源的250株分枝桿菌嵌合體序列大致分為兩組。手術相關患者分離菌株全部位于第1組當中，其中1.1亞組中包含了手術相關患者的分離株，也包含大量來自LivaNova HCUs及其生產地點的分離株。因此，由于從手術相關病人分離到的分支桿菌嵌合體與臨床上所使用的LivaNova HCUs及LivaNova生產地的大部分分離株之間的高度相似性，LivaNova HCUs 極有可能是大部分感染的最終來源。
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.
