哈萨克斯坦布鲁氏菌流行株的流行病学与分子特征研究：解锁人畜共患病防控新密码

《Veterinary Research Communications》：Study of epidemiological and molecular characteristics of Brucella strains circulating in Kazakhstan

布鲁氏菌病（Brucellosis）是常见的人畜共患病，严重影响畜牧业和公共卫生。为了解哈萨克斯坦布鲁氏菌菌株特征，研究人员对 2023 - 2024 年分离的 21 株菌进行全基因组测序（WGS）等研究。结果发现多种菌株，且部分毒力基因存在多态性。该研究对防控布鲁氏菌病意义重大。

　　布鲁氏菌病是一种在全球范围内广泛传播的人畜共患病，尤其在畜牧业发达地区肆虐。它不仅严重降低牲畜的生产力，给相关国家的经济带来沉重打击，还对人类的健康构成了巨大威胁。据统计，全球每年新增大量人类布鲁氏菌病病例，在一些地区，其发病率居高不下。在哈萨克斯坦，由于畜牧业的密集发展，布鲁氏菌病的流行情况也不容乐观，动物和人类的感染率都相对较高。此前虽对布鲁氏菌有一定研究，但对于哈萨克斯坦当地流行的布鲁氏菌菌株的详细特征，如流行病学和分子特征等，仍缺乏深入了解。为了填补这一空白，更好地防控布鲁氏菌病，来自哈萨克斯坦研究机构以及意大利相关机构的研究人员开展了此次研究，相关成果发表在《Veterinary Research Communications》杂志上。
研究人员采用了多种关键技术方法：首先是样本采集与菌株分离，在 2023 - 2024 年期间，对哈萨克斯坦不同地区（北部、南部、西部和中部等不利于布鲁氏菌病防控的地区）的多种动物（牛、羊、骆驼、马、猪、狗等）进行血清学监测，从 2981 个样本中筛选出 155 个阳性样本，并对这些动物进行屠宰，采集病理材料（血液、实质器官、流产胎儿等）进行细菌学研究，最终分离出 21 株布鲁氏菌纯培养物。其次是全基因组测序（WGS）及生物信息学分析，利用 Illumina MiSeq 平台对分离的布鲁氏菌进行全基因组测序，随后使用 CLC Genomics Workbench v. 24 软件对测序数据进行处理，包括质量评估、序列组装、比对以及 SNP 分析等。此外，还通过 PCR 技术对重要毒力基因进行检测和分析。
研究结果如下：

• 流行病学情况：哈萨克斯坦是动物和人类布鲁氏菌病的流行区。从 2019 - 2023 年的数据来看，虽然农场动物的布鲁氏菌病发病率逐渐下降，牛从 2019 年的 0.4% 降至 2023 年的 0.16%，羊和山羊从 2019 年的 0.07% 降至 2023 年的 0.01%，但该病在全国 17 个地区中，除了曼格斯套地区外，其余 16 个地区均有牛和小型反刍动物感染病例，说明疾病传播范围广泛。在人类感染方面，虽然感染的绝对人数逐渐减少，但每 10 万人中的相对发病率仍然较高，2019 年为 4.61，2023 年为 2.31，且全国 17 个地区均有病例发生。
• 菌株分离与鉴定：通过革兰氏染色和相关培养实验，确定了分离菌株的细胞形态和培养特性。经全基因组测序（WGS）鉴定，发现部分菌株在经典细菌学分类中存在错误分类的情况，最终确定分离的菌株中包含 9 株流产布鲁氏菌（B. abortus）、8 株羊布鲁氏菌（B. melitensis）、2 株猪布鲁氏菌（B. suis）、1 株犬布鲁氏菌（B. canis）和 1 株绵羊布鲁氏菌（B. ovis）。
• 进化树与热图分析：利用 WGS 鉴定的 SNP 构建系统发育树（采用 UPGMA 和 Neighbor - Joining 方法）和热图。结果显示，布鲁氏菌不同物种明显聚类，绵羊布鲁氏菌（B. ovis）是差异最大的物种。同时发现，来自同一村庄但不同宿主的两株羊布鲁氏菌（B. melitensis）密切相关，值得进一步进行流行病学研究。热图则展示了布鲁氏菌菌株之间的相似性和系统发育关系，表明布鲁氏菌物种形成了不同的聚类，其中 B. ovis 和 B. suis 比 B. abortus、B. melitensis 和 B. canis 的聚类更加多样化。
• 毒力基因鉴定：通过查询毒力因子数据库（VFDB），研究人员在分析的布鲁氏菌分离株中鉴定出 69 个毒力因子（VFs）基因，其中大部分与脂多糖（LPS）操纵子和 IV 型分泌系统（VirB1 - B12）相关。此外，还鉴定出一些编码含有 toll - 白细胞介素 - 1 受体（TIR）结构域蛋白的基因（BtpA、BtpB）、Rab2 相互作用保守蛋白 A（RicA）基因和与环 β - 1,2 - 葡聚糖（CβG）产生相关的基因（Cgs）等。
• 毒力基因检测与突变分析：采用 PCR 和多重 PCR 方法检测 VirB、Ure、WbkA、Omp19、MviN、ManA 和 PerA 等基因，结果显示所有菌株均携带这些基因。对 10 个毒力基因（VceC、BPE275、BspB、Omp19、Ure、MviN、PrpA、BetB、PerA、ManA）进行 SNP 变异分析，发现其中 3 个基因（BPE275、BspB、Omp19）完全保守，其余基因存在不同程度的突变，部分突变导致毒力基因编码序列中的氨基酸发生变化。
  研究结论和讨论部分表明，哈萨克斯坦布鲁氏菌病流行已久，尽管动物感染率有所下降，但人类感染风险依然较高。研究人员首次在该国对布鲁氏菌菌株进行全基因组测序和 SNP 分析，发现了多种布鲁氏菌物种，且其毒力基因存在多态性。这一研究成果对理解布鲁氏菌的致病性、追踪感染途径、开发诊断方法和疫苗等具有重要意义。例如，研究毒力基因有助于确定抗生素作用靶点；分析菌株遗传特征可以追踪感染源和发现新的高致病性菌株；利用毒力基因的突变体可开发活疫苗；基于毒力基因的遗传标记能开发快速准确的 PCR 诊断测试，区分感染动物和接种疫苗的动物。总之，该研究为哈萨克斯坦以及其他布鲁氏菌病流行地区的疾病防控提供了重要的理论依据和实践指导。