研究警告：集约化养猪与危险的人畜共患病原体有关

在《美国国家科学院院刊》最近发表的一项研究中，研究人员调查了大规模牲畜饲养可能如何导致新型潜在人畜共患病原体的出现和传播。他们结合了来自分子测年、比较基因组分析和系统发育地理学的多种证据，以研究猪的饲养如何产生新的猪链球菌谱系，其中一些谱系能够传播人畜共患病。他们的研究结果揭示了包括猪链球菌在内的病原体如何适应利用其宿主种群规模的重大变化，以及这反过来又如何间接导致迄今为止新型的、潜在大流行规模的、人畜共患的、高致病性菌株的出现。良性微生物。

牲畜饲养及其对病原体的影响

在过去的几个世纪里，人口爆炸及其对牲畜作为食物和劳动力以辅助农业的相关需求导致了全球牲畜饲养规模的扩大。集约化农业系统的农业反馈循环使牲畜数量增加，这反过来又要求增加农作物产量。这导致牲畜数量现在超过了人类和野生动物的总数量。

这些做法与饲养动物的长途运输相结合，导致了低遗传多样性和高密度牲畜。这为病原体的爆发提供了理想的方法，这些病原体能够消灭数百万不具备抗药性遗传能力的牲畜，这些牲畜在运输时不仅可以感染其他牲畜种群，还可以感染相同或相似物种的野生种群。

令人担忧的是，这种混合事件被假设促进了新型人畜共患病原体的出现，这些病原体是由病原体跳跃到新宿主以及先前与饲养动物相关的良性微生物群的突变引起的。

“这种病原体出现的途径在集约化农业系统中可能特别重要，在这种系统中，人口规模大和人口密度高可能会选择与致病性相关的性状，而生物安全则降低了新型病原体进入人口的风险。”

猪链球菌是猪上呼吸道普遍存在的微生物群成分。^19世纪和 20^世纪，猪的饲养方式是良性的、集约化的，但现在人们发现这种微生物已经适应了更具致病性的生活方式。1954 年，这种细菌被认为与猪的广泛疾病有关，如今已成为仔猪最常见的疾病之一。令人担忧的是，突变的累积使得这种细菌在人畜共患病中蔓延至人类，与脑膜炎、关节炎、心内膜炎和败血症有关，并导致人类和猪宿主突然死亡。

继 1968 年首次出现人类猪链球菌相关死亡事件后，该细菌在中国引发了大规模疫情，并成为整个东南亚成人败血症和脑膜炎的主要原因之一。

“鉴定猪链球菌致病性决定因素的困难归因于其复杂的发病机制和高水平的遗传多样性。很少有研究考虑除 ST 1 以外的菌株的毒力因子，ST 1 是导致全世界猪和人类大多数猪链球菌病的原因。”

关于该研究

在本研究中，研究人员调查了集约化生猪饲养、新型猪链球菌谱系的出现及其人畜共患病溢出的可能性之间的关联。他们对来自猪和野猪扁桃体和鼻拭子的 3000 多个细菌样本进行了群体基因组分析。他们还收集了北美、欧洲、亚洲和澳大利亚患有猪链球菌病的人类和猪的受感染血液。他们的目的是阐明细菌致病谱系的出现、地理传播和多样化程度。

研究数据集包含 3,070 个猪链球菌样本的基因组分离株，这些样本源自先前已发表的数据，并作为该项目的一部分进行收集和测序。其中包括来自分布于上述五大洲 15 个国家的 29 个已发表的参考基因组和收集分离株。采样于 2014 年至 2018 年间进行。分离株通过 Illunima 全基因组 HiSeq 25000 测序流程进行处理，然后用于构建分离株基因组文库。对原始序列进行质量检查、清洗，并用于生成用于多态性评估的从头组装。

Athey 等人描述的管道。用于血清分型和测序分型分析。随后对生成的基因组进行注释，以识别同源基因并分析致病性相关的基因组岛。然后使用 PopPunk 软件来识别不同的基因组并将其分类为谱系。使用根尖距离与分离采样年份的回归来测试由此确定的六种最常见谱系的时间信号。最后，祖先状态重建被用来推断已识别谱系的地理分布。

研究结果

研究结果显示，过去200年来，养猪数量增加了200多倍，其中20世纪下半叶增幅^最大。这些增加导致了 10 多个具有高致病性生活史的谱系的出现，这无疑是渐进的，但令人担忧。高密度的饲养猪（通常经过抗生素处理）导致了猪链球菌的多样化、抗生素抗性谱系，带来了重大的控制挑战。

对西班牙样本的分析表明，猪（无论是饲养的猪还是野猪）都是具有高度遗传多样性的猪链球菌菌株的宿主，这表明微生物与其宿主之间的联系由来已久。然而，遗传测年分析显示，所有六种最常见的致病性猪链球菌菌株均出现在 19^世纪和 20^世纪，与宿主饲养的空前增加相对应。

“这些日期反映了至少其中一些谱系向致病性的生态转变的结论得到了证据的支持，这些证据表明它们与致病性相关基因组岛（岛 3）的获得相一致。每个致病谱系的基因组减少模式进一步支持了这一点。通过对不同细菌物种的比较，结果表明，细菌的致病性与较小的基因组和较少的基因广泛相关。”

对致病谱系代谢能力的分析表明，至少两个已识别的基因组岛显着提高了其在宿主内生长的能力，所有六个岛都比其良性对应基因组的代谢活动有所增加。在其他细菌研究中，宿主内的生长和代谢率都与毒力的增加有关，这表明猪链球菌有适应毒性更强的生活史的趋势，具有更大的人畜共患溢出潜力。

“致病谱系可能比共生谱系更好地利用扁桃体的特定区域，反之亦然，从而减少宿主内部的竞争。这可能会导致这些种群的分离并减少它们之间的基因流，这反过来又可能导致更多致病谱系的基因组减少，因为从更多样化的共生谱系获取基因的机会更少。”

最后，分析显示，目前的猪链球菌菌株具有很高的传播率，能够迅速感染整个猪场，再加上一个或几个受感染的个体。因此，牲畜的大规模运输提出了一个额外的问题：以前的地方性毒株正在跨越国家甚至大陆传播，能够感染新的宿主群体，而对它们几乎没有或没有先天抵抗力。

“我们的结果为了解猪链球菌基因组多样性及其与致病性的关联提供了一个框架。这可能会广泛用于猪链球菌研究，并为控制这种疾病给养猪业和人类健康带来的负担提供策略。由于我们的收集仅涵盖全球养猪国家的一小部分，因此需要从更广泛的国家进行进一步采样，并在国家内部进行更广泛的采样，特别是那些生猪数量庞大且不断增长的国家，以调查是否存在其他致病谱系，这些谱系受地理限制或最近才出现。”