关键词:
隐孢子虫
感染率
单细胞测序技术
三代测序
比较基因组学
摘要:
隐孢子虫病(Cryptosporidiosis)己经成为全世界重要的新发人兽共患病之一,被认为是仅次于轮状病毒感染,引起儿童腹泻和死亡的第二大病因,也是犊牛腹泻性肠道疾病的主要病因。寄生于奶牛的隐孢子虫主要有4种,分别为微小隐孢子虫(Cryptosporidium parvum)、牛隐孢子虫(***)、芮氏隐孢子虫(***)和安氏隐孢子虫(***)。不同物种感染奶牛的部位,年龄段以及引起的临床症状存在差异,当前对中国不同地区奶牛源隐孢子虫的研究中,大多只针对隐孢子虫的单个基因位点或多位点进行序列分析,对隐孢子虫不同物种全基因组水平上的比较分析较少。本研究重点对中国部分地区奶牛源隐孢子虫进行分子流行病学调查并通过全基因组测序与比较基因组学分析,从基因组层次了解奶牛源隐孢子虫不同物种之间的差异。为此,本研究开展了以下研究:
(1)我们在数据库中检索了2000-2023年发表的关于全球奶牛***流行病学调查的文章。利用随机效应模型估计了奶牛***感染率。为探究异质性的潜在来源,对提取的数据进行敏感性分析、亚组分析和meta回归分析。并研究了以下潜在的异质性来源:地区(亚洲与其他地区相比)、采样时间(比较2011年之前和2011年之后收集的研究)、年龄(与其他年龄组相比,断奶前)、有无腹泻(腹泻与非腹泻相比)、检测方法(显微镜检测与PCR扩增进行比较)。最终定量分析共纳入了来自30个国家的86篇文献。奶牛中***的全球患病率为4.7%(95%置信区间:3.3-4.2%,2,554/54,627)。其中,欧洲奶牛中***患病率最高,为8.8%(961/10,944)。单因素meta回归分析表明,牛的年龄(P=0.002)和收集年份(P=0.025)可能是异质性的来源。本系统评价表明,全球奶牛的***感染水平较低,但感染的地理分布很广。***主要感染奶牛胃部,感染后奶牛无明显临床症状,但被认为是产奶量减少的原因。所以奶牛的亚临床隐孢子虫感染很容易被忽视,导致含有卵囊的粪便未被安全处理,造成健康奶牛感染安氏隐孢子虫,甚至造成奶牛饲养员隐孢子虫感染。因此,预防隐孢子虫在无症状奶牛中的传播不应被忽视。
(2)为了解中国部分地区奶牛隐孢子虫流行情况,本研究在2022年8月至2023年8月,对黑龙江省大庆市(909份)、河北省邢台市(479份)、宁夏银川市(708份)、宁夏中卫市(674份)4个地区的规模化奶牛养殖场采集奶牛新鲜粪便样品共2769份。对粪便样品进行全基因组DNA提取并基于隐孢子虫SSU r RNA基因进行PCR扩增,并利用gp60基因和MLST对阳性样品进行亚型鉴定。结果表明,奶牛隐孢子虫总感染率为4.9%(135/2,769)。在被调查的15个奶牛场中,均检测出隐孢子虫感染,感染率在1.9%-9.4%(P=0.001,95%CI:0.065-0.552)。共鉴定出4种隐孢子虫,分别是***(78个)、***(22个)、***(12个)和***(23个)。所有***阳性样品均在gp60位点成功扩增,仅鉴定出一个亚型家族IId,其中包括三个已知亚型IId A15G1(n=44)、IId A19G1(n=5)和IId A20G1(n=20),以及一个新亚型IId A24G2(n=9)。其中,IId A24G2亚型在中国奶牛中首次报道。基于4个MLST位点(MS1,MS2,MS3,MS16),对***阳性样品进行基因分型。在4个位点成功分型了23个***分离株,形成2个MLST亚型:A4A4A4A1(n=16)、A1A4A4A1(n=7)。4种隐孢子虫的鉴定凸显了该病原体在所调查地区的多样性。新亚型IId A24G2的发现提示,在隐孢子虫进化过程中,不同亚型之间可能发生了基因重组,从而产生了可能对公共卫生产生影响的新亚型。
(3)为了得到中国部分地区奶牛源隐孢子虫三代单细胞全基因组序列,对135个隐孢子虫阳性粪便样品进行卵囊纯化。使用显微操作仪对纯化后的卵囊进行挑选,并进行单细胞全基因组扩增(WGA)。WGA产物经Ampure XP磁珠纯化并检测其浓度和纯度,合格样品建库及上机三代测序,最终对下机数据进行质控、全基因组拼接以及注释。共135份阳性粪便样品,成功纯化出17份隐孢子虫卵囊。我们对挑选后的单卵囊样品进行了全基因组扩增,并使用0.8%琼脂糖凝胶脉冲电泳检测WGA产物,以确定扩增是否成功。通过使用Nano Drop One检测产物浓度,经纯化后的WGA产物浓度在658.2 ng/μL-881.1 ng/μL之间。根