硫化氢阴性沙门菌在我国的流行特征与变异进化规律研究

Salmonella enterica, the causative agent of Salmonellosis, is one of the most common pathogenic bacteria causing food-borne diarrhea worldwide, posing a serious threat to public health. In recent years, the H2S-negative atypical Salmonella enterica emerged worldwide. Notably, we also found the emergence and prevalence of the H2S-negative Salmonella in China, and identified a unique cluster of the H2S-negative Salmonella senftenberg belonging to a new sequence type ST1751, which has emerged and circulated in Shanghai City. So the potential threat to food safety and public health from the epideminc and variation trend of the H2S-negative atypical Salmonella in Mainland China should not be underestimated. Here we will conduct the study on the epidemiological characteristics and changing trend of the H2S-negative Salmonella in Mainland China. Furthermore, we will select the representative strains of the H2S-negative Salmonella and submit for whole genome sequencing to clarify the molecular mechanism of emergence and prevalence of the H2S-negative Salmonella, and to investigate the role of recombination, insertion/deletion, and horizontal gene transfer in the variation and evolution of the H2S-negative Salmonella. Additionally, phylogenetic analysis based on single-nucleotide polymorphisms and core-pan genome was performed to elucidate the evolution and dissemination of the H2S-negative Salmonella in China. In conclusion, this study can provide the scientific basis for the salmonellosis surveillance, early warning and confirmation of the outbreak, source-tracking, transmission survey, and formulation of the control and prevention strategies.

沙门菌是世界上食源性腹泻最常见的病原菌之一，其对公共卫生安全构成了重大威胁。硫化氢表型一直是沙门菌初筛和鉴定的重要生化指标。但是，近几年国内外硫化氢阴性罕见沙门菌相关的研究报道不断出现。本课题组亦发现其在我国的流行有上升趋势，并首次发现了一簇属于新序列型ST1751的硫化氢阴性山夫登堡沙门菌在上海地区的流行。沙门菌这种新的流行变异趋势及其对食品安全和公共健康的潜在威胁不容忽视。本项目拟在前期工作基础上，深入系统地开展硫化氢阴性沙门菌在我国的流行特征与变异变迁规律研究；通过代表性菌株的全基因组测序及生物信息学分析，挖掘基因组结构变异、基因水平转移、基因重组等变异事件，探究基因变异事件与表型和功能的关联，从而揭示硫化氢阴性沙门菌变异流行的分子机制；通过系统发生分析与种群结构重建，阐明我国硫化氢阴性沙门菌的传播演化规律，及其与阳性菌的亲缘进化关系，为我国沙门菌病的防控提供科学依据。

硫化氢（H2S）表型一直是沙门菌初筛和鉴定的重要生化指标。但是，近几年国内外H2S阴性沙门菌相关的研究报道不断出现，并有流行上升趋势，其对食品安全和公共健康的潜在威胁不容忽视。本研究基于军队传染病病原监测平台分离鉴定出90株硫化氢阴性沙门菌，属于14种不同的血清型，其中流行的血清型是猪霍乱、山夫登堡和肠炎。抗生素敏感实验结果表明，H2S阴性沙门菌对氨苄西林、替卡西林、庆大霉素、复方新诺明、四环素及氯霉素的耐药率高于H2S阳性沙门菌。在分离的14种不同血清型的H2S阴性沙门菌中，猪霍乱沙门菌耐药率最高，有76%的菌株为MDR菌株。90株H2S阴性沙门菌中，有13株对喹诺酮类药物耐药或者中介耐药，检测发现这些菌株gyrA或parC基因上有关键位点突变。利用PFGE、MLST等分子分型方法，探究硫化氢阴性沙门菌的遗传多态性。通过MLST分析将90株H2S阴性沙门菌分为22种ST型别，其中包括两种新的ST型：ST1960和ST1961。通过PFGE分析，47株H2S阴性沙门菌与40株H2S阳性沙门菌按照50%的相似度分为三个聚类，其中肠炎、乙型副伤寒沙门菌H2S阴阳性菌分别聚类在不同的聚类分支中，鼠伤寒、德比、阿贡纳、汤伯逊和火鸡沙门菌的H2S阴阳性菌株分别聚类在同一聚类分支里。本研究还揭示了H2S阴性沙门菌的突变机制，主要是phsABC操纵子序列发生移码突变、错义突变、无义突变等导致导致基因产物不完整或氨基酸序列改变，从而导致沙门菌失去了产H2S的能力。全基因组测序分析发现，从同一样本分离的阴阳性菌株亲缘关系十分密切，但是其中两对从同一样本中分离的硫化氢阴阳性沙门菌都在毒力岛1基因簇中缺失了近30KB的片段。此外，基因组比对分析也发现了一些噬菌体相关基因、菌株代谢密切相关的基因以及毒力岛相关基因的差异。综上，硫化氢阴性沙门菌具有和阳性菌株不同的流行特征和耐药特征，在遗传进化上也具有明显差异，并且它们更容易逃避实验室筛查，因此需要我们引起足够的重视以加强流行病学监测，并进行更深入的系统性研究。本研究结果对于肠道致病菌或食源性致病菌的检测监测与溯源进化研究具有重要指导意义。