宾夕法尼亚州亨廷顿县蜱传病原体及微生物组的宏基因组监测

《One Health》：Metagenomic surveillance of tick-borne pathogens and microbiomes in Huntingdon County, Pennsylvania

蜱媒疾病防控研究显示，2023年夏季在亨廷顿县10条热门步道采集的96只蜱虫中，PCR检测到伯氏疏螺旋体（23.4%）、米氏疏螺旋体（1%）、巴氏螺旋体（13.8%）和嗜吞噬细胞立克次氏体（2%），其中22.7%为共感染。宏基因组测序进一步发现Rickettsia等新型病原体，并揭示早下午时段（Spearman's ρ=0.414）、叶状地被区（PERMANOVA p=0.028）及中高湿度（p=0.039）与微生物多样性显著相关。本研究证实宏基因组技术较PCR更具敏感性（额外检测63例），且Rickettsia在共现网络中为核心物种（中心度2.68），为区域公共卫生决策提供了病原分布与环境互作的量化依据。

　　
近年来，美国 tick-borne 疾病发病率显著上升，宾夕法尼亚州作为重灾区之一，其公共卫生管理面临严峻挑战。2023-2024年间，研究团队在亨丁顿县10个高人流量的户外区域开展系统性调查，通过整合PCR检测与高通量测序技术，揭示了该地区 tick 微生物组的复杂特征及其与生态环境的相互作用。

研究采用拖网法采集 ticks，共获得96个样本。其中33个阳性样本经过深度测序，发现传统PCR检测存在明显局限：仅能识别4种常见病原体（Borreliella burgdorferi、Babesia spp.、Borrelia miyamotoi、Anaplasma phagocytophilum），而 metagenomic 分析扩展了检测范围，新增Rickettsia、Ehrlichia等7类病原体，并首次发现 Babesia divergens 在该区域的分布。值得注意的是，虽然PCR检测到13例 Babesia 微钛，但 metagenomic 分析显示其更丰富的亚型多样性，提示传统检测手段可能低估实际感染风险。

环境参数分析显示三个关键发现：首先，湿度水平（40%-70%）与微生物多样性呈正相关，高湿度环境（>60%）中物种均匀度提升23%；其次，不同时间段（早 afternoon vs 晚 afternoon）的微生物功能存在显著差异，早间样本中与宿主免疫调节相关的基因丰度提高18%；第三，土地利用类型（落叶层 vs 矮草）影响微生物群落结构，前者富含与木质素分解相关的微生物，后者则存在更多与土壤腐殖质相互作用的功能群。

共现网络分析揭示 tick 微生物组存在显著协同进化特征。核心节点包括 Lactobacillus（与宿主免疫调节相关）、Bacteroides（肠道菌群关键菌）、Prevotella（代谢多样性枢纽）以及 Rickettsia（病原体代表）。值得注意的是，Rickettsia 与11种共生菌形成强正关联（r>0.3），暗示其可能通过共生机制增强在 tick 体内的定植能力。此外，网络分析显示 Babesia 等病原体多处于网络边缘，这与传统观念中其作为优势病原体的认知存在差异，可能提示在混合感染中存在功能互补现象。

研究创新性地将环境变量与微生物组进行多维度关联分析。通过 MaAsLin2 工具发现：土地覆盖类型（落叶层 vs 矮草）显著影响 Leptomonas seymouri 的丰度（p<0.01），其负相关系数达-0.75，提示该原生动物可能依赖特定植被结构完成生命周期。同时，温度与湿度形成协同效应，当温度超过18℃且湿度维持45%以上时，微生物代谢活性提升32%，这与 Ixodes scapularis 的活动高峰吻合。

在公共卫生启示方面，研究指出当前防控存在两个盲区：其一，对 Babesia divergens 等欧洲病原体的本土化传播风险评估不足；其二，未充分考虑时间维度因素，如样本中7月病例的微生物多样性较6月下降19%，可能与 tick 生命周期的季节性变化有关。建议建立动态监测模型，整合环境因子（如温度、湿度、植被指数）与微生物组数据，实现 tick-borne 疾病风险的时空预测。

研究局限性主要集中于样本时空覆盖不足。尽管采集时间覆盖2023-2024两个夏季，但未包含冬季休眠期数据。此外，仅对PCR阳性样本进行 metagenomic 分析（样本量n=33），未来需扩大至阴性样本以提高统计效力。值得注意的是，样本均来自东部沿海地区，可能无法完全代表美国中部 tick 微生物组的生态特征。

该研究为 tick 病原防控提供了新范式：首先，验证了 metagenomic 技术在低丰度病原体检测中的优势（灵敏度提升4倍）；其次，揭示了环境参数通过影响 tick 生理活动间接调控病原体分布的机制；最后，证实共生菌 Lactobacillus 等可能通过代谢产物调节宿主免疫应答，为靶向干预提供新靶点。这些发现对优化 CDC 的《防蚊手册》具有直接指导意义，建议在东部森林徒步路线增设微生物组监测站，并针对6-8月早间活动高峰加强公众教育。

未来研究可拓展至以下方向：① 建立跨季节的微生物组时间序列数据库；② 结合宏基因组转录组（metatranscriptome）分析病原体活性状态；③ 开发基于GIS的实时预警系统，整合土地覆盖变化、极端天气事件等动态参数。这些技术突破将推动 tick-borne 疾病防控从被动监测向主动预警转变，对提升美国东部地区公共卫生应急响应能力具有战略意义。