文献分享
从种群基因组学角度分析水传播病原体堪萨斯分枝杆菌的进化以及在人体内的适应
文献来源
由四川大学基础医学部，墨尔本大学感染与免疫研究所等机构合作于今年5月3日发表在NatureCommunications(该期刊年影响因子为12.）
背景知识
放线菌（Actinomycetes）是原核生物中一类能形成分枝菌丝和分生孢子的特殊类群，呈菌丝状生长，因菌落呈放射状而得名。菌丝纤细，宽度近于杆状细菌，约0.2～1.2微米。
放线菌中的分枝杆菌属包含着导致人体患肺结核、麻风病的结核分支杆菌、麻风分枝杆菌，与这两类分支杆菌并列的非结核分支杆菌中致病性最强的，即是该文献的主角——堪萨斯分枝杆菌
年，Pollak及Buhler在堪萨斯城从类似结核病感染的患者尸检材料中发现与结核分支杆菌不同的分支杆菌.之后，Haudurey将其命名为堪萨斯分支杆菌
Mycobacteriumkansasii
主要研究方法
菌株采集和全基因组测序
在中国，疑似患有肺结核的病人会医院，当地疾控中心会对可能的NTM阳性培养物进行16SrRNAPCR测序。另外，从NCBI中获取公开的基因组序列。
种群结构与重组分析
hierBASP79推断种群结构；fastGEAR80推断基因组重组；Gubbins(v2.3.4)进一步探索主要分离株(M.kansasii、M.persicum、M.pseudokansasii和M.attenuatum)中最近的重组。
贝叶斯进化分析
TempEst(v1.5.3)比对序列中的时间信号；BEAST确定MKMC（堪萨斯分枝杆菌主群）时间尺度和进化速率。
MKC的全球多样性
对株MKC分离株和公共数据库中86个MKC基因组进行全基因组测序。发现：
1.平均而言，MKC基因组长度为6.29Mb，包含个蛋白编码基因。
2.比对个核心基因的基因组，发现菌株之间至少有90%的氨基酸相同，覆盖2.12Mb核苷酸。
上图为株分离株的地理分布，蓝色梯度表示非结核分枝杆菌疾病中堪萨斯氏菌致病的浓度。可以看出：
欧洲、非洲和亚洲地区堪萨斯菌发病率较高。在中国，高度城市化的东部和南部沿海地区发病率明显高于其它地区。
重组驱动了MKC的物种形成和多样化
通过fastGEAR算法对核心基因组比对分析，确定了7个人口集群对应的7个物种，条状颜色代表这7个物种，每条线代表根据祖先重组。可以看出：
上图反映平均kb(18.4%)的核心基因组参与了物种起源的原始重组；下图反映在所有菌株中均检测到物种形成之后的新近重组，重组片段在不同菌株中从0到12.2%不等。
环境是临床感染独立来源的遗传证据
上世纪90年代澳大利亚堪萨斯分枝杆菌感染爆发期间，与波特兰地热水源相连的冷却塔中分离出大量堪萨斯分枝杆菌菌株。这些分离株与大多数后代菌株围绕中心的祖先基因型形成了如上图所示的星爆（star-burst）结构。
临床分离株均具有不同的基因型，除1株菌株外，其余菌株与祖先型均只存在0~7个SNVs的基因组差异；另外，各菌株与水分离株SNV平均差异在3个水平，表明该研究中的每一种人类临床感染都独立来源于受污染的供水，而不是通过人与人之间的传播。
MKMC的起源和全球分布
MKMC谱系地理学分析发现其有两个基支。来自中国和澳大利亚的菌株主要属于Lineage2，而来自美国和加拿大的菌株几乎全部属于Lineage1。欧洲的分离株最多样化,组成的几个分支分布在这两种lineages中.另外，欧洲是整个复杂体系的最可能的起源，几个欧洲当地的分支包含来自中国(CHN-1、2和3)或澳大利亚(AUS-1)的分离株,表明存在早期的引进和随后的本地扩张。
总结
本篇文献针对堪萨斯分枝杆菌株分离株，研究了堪萨斯分枝杆菌的进化特点、全球的地理分布、临床感染来源等。在本篇推送中，只展示了该文献的部分研究，若您想了解更多可以通过下方链接获得原文：