Genetic Diversity, Population Structure, and Intra-Host Variation of Mycobacterium avium subsp. hominissuis in Fattening Pigs

在自然界的寂静角落里，微小的细菌生活在我们周围的土壤、水和尘埃中。这些生物大多是无害的，但少数几种如果进入动物或人类体内，则可能引发麻烦。其中一种被称为“鸟分枝杆菌亚种（Mycobacterium avium subspecies hominissuis）”的细菌，是一种机会性致病菌。这意味着它通常在等待感染的机会，在能够让猪、人类以及偶尔其他动物感染的环境中茁壮成长。在猪身上，这种感染通常会隐藏起来而不引起明显的疾病，直到动物被送往屠宰场，届时检查人员会在淋巴结中寻找疾病的典型迹象。对于农场主来说，发现这些迹象意味着损失金钱，因为肉类必须被丢弃。对于公共卫生领域而言，了解这种细菌如何在食物供应链中移动至关重要，尤其是因为它可以在不同物种之间跳转。科学家们一直面临的一个重大问题是：这些细菌从何而来，又是如何通过复杂的养猪场网络进行传播的？

苏黎世大学的一个研究小组决定通过仔细观察瑞士猪体内细菌的遗传组成来回答这个问题。他们收集了在2015年至2022年间被屠宰的120头猪的组织样本。这些动物来自瑞士13个地区的64个不同的出生农场和75个不同的育肥场。研究人员对表现出肉芽肿性病变（即组织中常提示感染的小结节状肿块）的猪感兴趣。他们从身体的各个部位采集了样本，包括颌部和腹部的淋巴结，以及肝脏、肺部甚至肌肉组织。他们的目标不仅是确认细菌的存在，还要绘制出所发现菌株的遗传多样性图谱，本质上是创建一个家族树，以观察它们彼此之间的亲缘关系。

为了实现这一目标，科学家们使用了一种称为“可变数目串联重复序列分型（variable-number tandem repeat typing）”的方法。想象一下，细菌的DNA就像一段长长的代码。在这一串代码的某些位置，细菌会反复重复一段特定的字母序列。这些序列重复的次数可以因细菌而异，起到类似“独特指纹”的作用。通过计算这十五个不同位置的重复次数，并同时读取一个名为 hsp65 的特定基因，研究人员可以高精度地区分不同的菌株。他们发现，在成功在实验室培养的342份细菌样本中，存在着84种不同的遗传类型。这揭示了一个极其多样化的种群，其中充满了仅出现一次或两次的许多稀有变体，同时也存在着一些反复出现的少数优势菌株。

研究揭示了这种感染传播过程中令人惊讶的复杂程度。近一半的猪（56头，共117头）同时感染了两种或两种以上的不同菌株。在某些情况下，单头动物携带了多达六种不同的菌株。这表明猪不仅仅是感染了一种病菌并一直携带，它们正不断地从环境中接触到不同的细菌变体。研究人员发现，这种混合感染不仅在不同动物之间很常见，甚至在同一只动物的体内也是如此。他们发现同一种菌株可以出现在多个器官中，表明这是一种广泛的感染，但他们也发现了不同的菌株在同一组织中并存。这种模式有力地指向这样一个观点：猪是反复从农场的土壤、水或垫料中接触到细菌，而不是像链式反应那样通过从一只猪传染给另一只猪来进行传播。

当团队观察疫情的地理分布时，他们发现最常见的菌株并不局限于某个特定区域。相反，相同的优势菌株出现在分布在不同州和不同年份的农场中。虽然距离较近的农场更有可能共享相同的菌株，但这种差异并不显著，不足以证明距离是主要因素。这些细菌似乎无处不在，通过高度互联的瑞士养猪系统进行移动。研究人员还将他们的发现与其它国家牛只和人类的数据进行了对比。他们发现，在瑞士猪身上发现的一些完全相同的细菌菌株，也存在于瑞士的牛只以及荷兰和日本的人类身上。这种共享的遗传身份强化了“同一健康（One Health）”的概念，即承认动物、人类和环境的健康是紧密相连的。

最令人震惊的发现之一是，这些细菌并不局限于通常能发现疾病的淋巴结。研究人员成功地从五个肉眼看起来完全健康的肌肉样本中培养出了细菌。在每一个案例中，这些细菌也被发现存在于肝脏或肺部等其他器官中。这证实了即使在没有可见疾病迹象的情况下，感染也会扩散到可食用的肌肉组织中。虽然这项研究并未证明食用此类肉类会导致人类患病，但它强调了一个肉类检查员可能会忽略的潜在暴露途径。研究还指出，尽管发现了其他类型的细菌，但绝大多数病变都是由这种特定的分枝杆菌菌株引起的，从而证实了它在这些病例中的主要致病角色。

研究人员得出结论，瑞士猪体内的这种细菌种群是由反复的环境暴露驱动的。高度的遗传多样性、许多稀有菌株的存在，以及单体动物内频繁的菌株混合，都指向一个事实：猪在整个生命周期中不断从周围环境中吸收细菌。那些随处可见的少数优势菌株表明，某些变体非常擅长在农业系统中生存和传播，但它们被海量的独特局部变体所包围。这项研究提供了一个更清晰的视角，展示了这些细菌是如何移动的，显示出它们不仅仅是简单的从一头猪到另一头猪的感染链，而是一个涉及农场、动物，并可能触及全球人类的复杂环境暴露网络。通过理解这种多样性，科学家和农场主可以更好地追踪这些隐形的威胁，并制定策略以保障食品安全。