2023-07-31
《Frontiers in Microbiology》
影響因子：5.2
前言 近日，中國醫科大學第一醫院在微生物學領域的《Frontiers in Microbiology》發表新研究成果！本研究報道了中國第一例嗜棕櫚油念珠菌（C. palmiolephila）感染致死病例，并對該菌在人類宿主環境中的進化進行了研究。結果發現該菌株基因組穩定性較好，可能存在進化緩慢的情況。 本研究的真菌基因組denovo測序和分析由上海派森諾生物科技股份有限公司完成。
一、研究背景
嗜棕櫚油念珠菌是1998年首次從土壤中分離得到了子囊菌類酵母，其被報道為引起靜脈導管相關性真菌血癥的病原體。近年來，嗜棕櫚油念珠菌感染的發病率有所上升，并且通常與耐藥性有關。2018年，國內首次分離到嗜棕櫚油念珠菌，并對氟康唑產生耐藥性，但既往報道未見臨床病例以及缺乏對其遺傳進化特征方面的研究。本研究報告了中國第一例嗜棕櫚油念珠菌感染致死病例，然后通過全基因組測序的方法，將其遺傳和進化特征與近緣種進行比較。
二、研究材料與方法
1.實驗材料：嗜棕櫚油念珠菌 2.測序平臺：Illumina Novaseq+Pacbio 3.分析內容：真菌基因組近完成圖測序、真菌重測序分析、基因家族分析、單拷貝基因進化樹構建、分歧時間估算分析和基因家族收縮與擴張分析
三、研究結果
菌株微生物學特征
在沙氏葡萄糖瓊脂上，C. palmiolephila在35℃條件下生長3天，形成圓形、光滑、白色、奶油狀、邊緣整齊的菌落。在鉻瓊脂念珠菌培養基培養基上培養時，菌落在35℃下培養24小時呈白色，逐漸變為綠松石色，部分區域在35℃下培養5天呈淺粉紅色。C. palmioleophila未形成假菌絲，但在顯微鏡下觀察到出芽。6株嗜棕櫚念珠菌對氟康唑均呈劑量依賴性敏感，對5-氟胞嘧啶、伊曲康唑、伏立康唑、兩性霉素B、卡泊芬凈和米卡芬凈敏感。 圖1 菌株形態研究 嗜棕櫚念珠菌基因組分析 基因組測序發現C.palmioleophila基因組特征如下:基因組大小為12,762,530bp，組裝得到10條scaffold序列，N50為2004,991 bp，基因組完整性為97.7%。基因預測得到4413個編碼基因(6821815 bp)，占基因組長度的53.45%；每個基因平均有1個外顯子。對編碼基因分別進行NR、EggNOg、KEGG、SwissProt、GO、P450、TCDB、Pfam和PHI數據庫注釋，分別注釋到了4343個(98.41%)、4213個(95.47%)、2978個(67.48%)、3968個(89.92%)、3605個(81.69%)、4314個(97.76%)、980個(22.21%)、3779個(85.63%)和1249個(28.30%)基因。 表1 菌株基因組特征研究 嗜棕櫚念珠菌抗唑及致病基因研究 基因組注釋發現C.palmioleophila含有麥角甾醇生物合成途徑的保守基因成分(如ERG11)，這與唑抗性有關，C.palmioleophila與白色念珠菌的ERG6基因相似性為89.5%。此外，還在C.palmioleophila基因組中發現了編碼ATP結合盒(ABC)轉運蛋白家族CDR1和主要促進物超家族(MFS)轉運蛋白MDR1的基因。許多參與白念珠菌發病機制的基因家族，如分泌脂肪酶(LIP1)和分泌天冬氨酸蛋白酶也在嗜棕櫚念珠菌中富集，這表明C.palmioleophila可能表現出與白色念珠菌相似的發病機制。C.palmioleophila ERG11序列與C. tropicalis的具有72.5%的同源性。通過比較C.palmioleophila發現，在白色念珠菌中，ERG11及其同源物在F105L、S110N、D116E、E266K、R267T、N440K和F487Y等重要位點發生了氨基酸突變，其中，F105L、E266K和F487Y氨基酸突變位點與金黃色葡萄球菌及其他近緣種的氟康唑耐藥位點一致。 圖2 基因組圈圖和ERG11基因進化樹 ITs系統發育樹分析 從NCBI上查找了各種來源的嗜棕櫚油念珠菌的ITs序列進行進化樹構建，結果發現這些菌株的ITS序列高度同源，表明C. palmioleophila存在于廣泛的自然環境中，能夠適應惡劣的環境。人類行為引起的全球環境變化可能導致酵母菌種類分布的變化，這意味著C. palmioleophila可能在不久的將來成為一種新興的人類病原體。 圖3 ITs進化樹構建 重測序分析 對其余5株C. palmioleophila進行重測序分析，發現這些菌株的mapping率在97.71-98.73%，coverage≥20X為99.96%，具有高度同源性。SNP分析總共發現42個SNP，其中25個SNP在每個樣本中存在差異，并且未在外顯子上發現SNP；Indel分析發現，發現只有一個導管相關的嗜棕櫚油念珠菌分離物在編碼轉錄抑制因子TUP1的基因上有46 bp的外顯子缺失，另外51個缺失位點位于上游、下游和基因間基因區。另外，在5株C. palmioleophila中均發現了大區域重復CNVs (8,400 ~ 37,100bp)。 比較基因組分析 基因家族分析及基因家族的擴張與收縮分析 基因家族分析結果共鑒定出2061個基因家族，共包含57,391個基因，其中C. palmioleophila 07202534有40個特有基因。基因家族收縮與擴張分析發現，在進化過程中目標樣本中共有59個基因家族擴增，1327個基因家族收縮。 圖4 比較基因組分析 單拷貝基因進化樹與分歧時間估算分析 進化樹分析結果表明，進化樹可分為三個主要支系：C. palmioleophila 07202534、S. stipitis CBS 6054和其他10個物種聚在一起；C. palmioleophila 07202534與S. stipitis CBS 6054和S. tanzawaensis NRRL Y-17324親緣關系密切，形成一個獨立的亞支系。由于這種密切的進化關系，這三個菌株間可能具有相似的特性。C. palmioleophila 07202534與其他11個物種的平均分化時間為48684萬年，與S. stipitis CBS 6054和S. Tezawaensis NRRL Y-17324的平均分化時間為40604萬年。
四、結 論
總之，在這項研究中報告了一個感染嗜棕櫚油念珠菌的病例，這是一種罕見的、緩慢進化的真菌。此外，還對嗜棕櫚孢油念珠菌的微生物學和遺傳進化特征進行了詳細的分析，這將有助于提高對稀有致病真菌的鑒定，豐富人們對致病真菌種類的認識。今后的研究應進一步探討嗜棕櫚油念珠菌的遺傳進化、發病機制和耐藥特性。
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文章索引：Wu N,Wu YS et al.The first rare case of Candida palmioleophila infection reported in China and its genomic evolution in a human host environment[J]. Frontiers in Microbiology, 2023, Volume14.
