《Pathogens and Global Health》：Genomic characterization of Legionella pneumophila serogroup 1 ST901 isolates responsible for recurrent travel-associated Legionnaires’ disease cases and clusters
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本文通過對意大利北部溫泉小鎮莫爾維諾地區33年間反復暴發的旅行相關性軍團病（TALD）進行基因組學研究，首次系統揭示了嗜肺軍團菌（Legionella pneumophila）序列型ST901的基因組特征。研究采用全基因組測序（WGS）、核心基因組多位點序列分型（cgMLST）、單核苷酸多態性（SNP）和泛基因組分析，發現ST901菌株形成獨立進化枝，攜帶多個輔助基因組島（AGI）和雙重CRISPR-Cas系統（I-C/I-F型），且存在與ST47株的重組事件。這些特征可能共同促成了其在酒店供水系統中的長期定植和致病性，為軍團菌持續傳播機制提供了新的分子流行病學證據。
摘要
1987至2021年間，意大利北部莫爾維諾（Molveno）地區的22家酒店共報告61例旅行相關性軍團病（TALD）病例。病原體鑒定顯示，患者和酒店供水系統分離的嗜肺軍團菌（Legionella pneumophila）血清群1（Lp1）均屬于序列型（ST）901——一種在意大利乃至全球罕見報道的旅行相關感染基因型。研究通過全基因組測序（WGS）分析41株分離株（含3株臨床株），基于核心基因組多位點序列分型（cgMLST）、單核苷酸多態性（SNP）和泛基因組分析構建系統發育樹，發現Lp ST901形成獨立進化枝，其基因組攜帶多種輔助基因組島（AGI），部分與已知流行株（如Alcoy、Corby、Paris和Philadelphia）同源，另含有轉座酶/重組酶、轉錄調控因子和CRISPR-cas系統的島嶼為ST901特有。研究還提示ST901可能與ST47（Lorraine株）發生重組，而CRISPR-Cas系統可能增強其環境適應性。
材料與方法
41株Lp ST901分離株（38株環境株、3株臨床株）來自莫爾維諾地區16家酒店，時間跨度為1987至2019年。全基因組測序使用Illumina NextSeq-500平臺，經SPAdes組裝和Prokka注釋。cgMLST分析采用1521個核心基因方案，SNP分析以1987年分離株1026為參考基因組，泛基因組分析通過Roary和Panaroo完成。同時比對18個公共數據庫中的參考基因組（如ST23、ST47等），通過MAUVE和RDP4軟件檢測重組事件。
結果
- 1.
分子分型與質粒特征：所有分離株為單克隆抗體亞型Philadelphia，攜帶59.9 kb質粒（與Lp Lens菌株pLPL同源性98%），其中1862A株額外攜帶48.3 kb質粒（與L. anisa質粒p3A2 100%同源）。
- 2.
基因組進化分析：cgMLST顯示41株菌高度同源（差異≤8個位點），SNP分析僅發現62個核心SNP，臨床株與環境株差異≤2個SNP，證實傳播鏈高度保守。系統發育分析表明ST901與ST23親緣最近，但與ST47存在約200 kb重組區（含Dot/Icm分泌系統基因）。
- 3.
泛基因組與AGI特征：ST901核心基因組含3134個基因，鑒定出12個新型AGI（如AGI_7含抗生素耐藥相關基因，AGI_12含I-C型CRISPR-cas系統）。與參考株比較發現63個ST901特有基因，其中71%為功能未知假設蛋白。
- 4.
CRISPR-Cas系統：染色體編碼I-C型（與Toronto-2005株同源）和質粒編碼I-F型CRISPR系統共存，可能通過間隔序列獲取增強環境抗逆性。
討論
ST901在莫爾維諾地區持續33年定植的可能機制包括：
- •
雙重CRISPR-Cas系統提供針對外源基因的免疫保護；
- •
AGI攜帶的轉運分泌系統（如Dot/Icm）和耐藥基因（如GNAT家族效應蛋白）增強宿主細胞內寄生能力；
- •
與ST47的重組事件可能加速毒力進化；
- •
酒店供水系統的溫度分層、停用期等特性為菌株提供生態位。
研究局限性在于未覆蓋當地民居水源樣本，但流行病學數據支持酒店系統為主要感染源。
結論
Lp ST901通過基因組可塑性（重組、AGI獲取）和適應性（CRISPR系統）在局部環境中長期存活，具備引起跨區域暴發的潛在風險。后續需針對水源化學-微生物互作開展多組學研究，揭示其定植驅動因子。
