來源：微生物所編輯部 浙江天科           時(shí)間：2023-10-31

       志賀氏菌屬（Shigella spp.）是世界上引起細(xì)菌性痢疾的最重要的腸道病原體之一，主要發(fā)生在人類身上。 

       志賀氏菌（Shigella）和大腸桿菌（Escherichia coli）的遺傳親緣關(guān)系非常密切，核苷酸相似性為80~90%，很難區(qū)分，準(zhǔn)確區(qū)分志賀氏菌在臨床上具有必要性。 

志賀菌屬（圖片來源：環(huán)境微生物圖譜）

大腸桿菌（圖片來源：環(huán)境微生物圖譜）

       通過常規(guī)的生化特征和血清分型無法區(qū)分E. coli和Shigella spp.，甚至分子方法，如16S rRNA 基因測(cè)序（差異<1%）和基于蛋白質(zhì)特征的基質(zhì)輔助激光解吸/電離飛行時(shí)間質(zhì)譜（MALDI-TOF MS）也無法完全區(qū)分。 

       曾經(jīng)有報(bào)道表明，毒力質(zhì)粒進(jìn)入E. coli菌株后產(chǎn)生了一個(gè)單系群，所有Shigella和E. coli group都是從這個(gè)單系群進(jìn)化而來的，這導(dǎo)致了高度多樣化和致病性病毒型，包括志賀氏桿菌樣大腸桿菌（腸侵入性大腸桿菌，EIEC）、產(chǎn)志賀毒素的大腸桿菌（STEC；包括腸出血性大腸桿菌，EHEC）、腸致病性大腸桿菌（EPEC）、腸聚集性大腸桿菌（EAEC）和產(chǎn)腸毒素大腸桿菌（ETEC）；共生E. coli菌株在獲得毒力質(zhì)粒后可能不會(huì)變成致病性Shigella，因?yàn)樗坪醪粫?huì)在E. coli和Shigella菌株之間水平傳播。 

       本文匯總討論了不同的鑒定方式用以區(qū)分E. coli和Shigella spp.。 

01  

雙重實(shí)時(shí)PCR 

        Pavlovic等人報(bào)道了用雙重實(shí)時(shí)PCR鑒定EIEC和Shigella spp.，該P(yáng)CR擴(kuò)增了β-葡萄糖醛酸酶的基因（uidA）和乳糖滲透酶基因（lacY）。uidA基因在E. coli和Shigella中很常見，而后者（lacY）僅存在于E. coli中。Lobersli等人建立了一種雙重實(shí)時(shí)PCR（ipaH和lacY基因）來區(qū)分EIEC和Shigella spp.，其中l(wèi)acY對(duì)E. coli具有特異性。該P(yáng)CR靶標(biāo)能夠區(qū)分Shigella spp.、EIEC O121和O124群，但不能區(qū)分EIEC O164群。 

 02  

16S rRNA基因測(cè)序用于區(qū)分大腸桿菌和志賀氏桿菌 

        由于EHEC、EIEC和Shigella spp.之間的16S rRNA差異很小（<1%），使用16S rRNA基因序列可能無法實(shí)現(xiàn)完全區(qū)分鑒定。 

       不同致病菌株通過來自國家生物技術(shù)信息中心（NCBI）數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)計(jì)算16S rRNA序列相似性（表1）。 

        MLST數(shù)據(jù)庫為高度保守的管家基因，這些基因在E. coli和Shigella spp.中都是相同的，MLST方法無法區(qū)分大腸桿菌和大腸桿菌病毒型之間的進(jìn)化關(guān)系。 

 03 

 大腸桿菌與志賀氏菌的全基因組測(cè)序（WGS）鑒定 

       基于WGS的物種鑒定可通過k-mers和全基因組單核苷酸多態(tài)性（SNP）兩種方法實(shí)現(xiàn)。 

        Chattaway等人利用k-mers（DNA序列數(shù)據(jù)中k個(gè)核苷酸的子串）基于兩個(gè)細(xì)菌基因組中共同出現(xiàn)的k-mers的數(shù)量作為進(jìn)化親緣關(guān)系的衡量標(biāo)準(zhǔn)來預(yù)測(cè)物種，這種方法準(zhǔn)確地將菌株識(shí)別到種水平。 

        Pettengill等人報(bào)道了通過SNPs準(zhǔn)確鑒定了來自WGS數(shù)據(jù)的EIEC和Shigella spp.，這個(gè)方法使用了404個(gè)用以區(qū)分志賀氏菌和EIEC譜系的SNP標(biāo)記。此外，Ashton等人利用SNPs的進(jìn)化系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系證明了Shigella血清型的分類。 

04 

基于核糖體蛋白特征的鑒定 

 MALDI-TOF質(zhì)譜用于種水平的早期鑒定，對(duì)于志賀氏菌的辨別能力較低。2013年，Khot和Fisher報(bào)道傳統(tǒng)的MALDI-TOF MS無法區(qū)分志賀氏桿菌和大腸桿菌，但是他們報(bào)道MALDI-TOF MS利用自動(dòng)數(shù)據(jù)分析方法可以從Shigella區(qū)分出無活性和其他非乳糖發(fā)酵E. coli。       

表2  比較了每種分子方法區(qū)分E. coli和Shigella spp.血清群的能力圖片 

 05 

 總    結(jié) 

        單獨(dú)使用16S rRNA、MLST、MALDI-TOF MS等方法均只能實(shí)現(xiàn)部分E. coli和Shigella spp.的區(qū)分鑒定；多種方法的結(jié)合使用，或采用更進(jìn)一步的全基因組（WGS）鑒定方法，通過基于SNPs或k-mers法的進(jìn)化分析或更好地區(qū)分E. coli和Shigella spp.。 

        參考文獻(xiàn) Devanga Ragupathi NK,Muthuirulandi Sethuvel DP, Inbanathan FY, Veeraraghavan B. Accurate differentiation of Escherichia coli and Shigella serogroups: challenges and strategies. New Microbes New Infect. 2017 Sep 23;21:58-62. 

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