沙门菌是导致急性腹泻的第二大原因,其流行情况在病人、动物和食品中均已被广泛调查研究,但在健康人群中的携带和传播还欠缺监测数据。从One Health视角,在病原体和耐药的动物-环境-人群传播链中,尚缺乏健康人群携带病原体及耐药基因(antimicrobial resistance genes,ARGs)这一环节的监测分析及风险评估。中国疾控中心传染病预防控制所与广西玉林市疾控中心等单位、对依托服务行业从业人员健康体检中沙门菌的携带开展了流行病学、病原学和基因组学研究,以分析人群沙门菌携带率、职业感染风险、主要影响因素、耐药性,以及人群中克隆群播散情况。
玉林市疾控中心在2013-2020年的服务从业人员健康体检中,共采集260,315人次肛拭子样品,分离到4,964株沙门菌,总阳性率为1.91%(图1a),远高于在临床就诊检测发现的人群非伤寒沙门菌发病率、以及疾病负担调查推测的人群发病率,提示人群中沙门菌以健康携带为多见。在这个研究中,进一步根据接触食品程度的不同、将研究人群分为食品从业人群和非食品从业人群两个组,以分析食品接触带来的影响。研究显示食品从业人员组沙门菌携带率(2.03%)显著高于非食品从业人员组(1.29%),经两组人群年龄、性别标化后仍有差异,在不同性别和年龄之间不存在统计学差异,这提示食品从业人员频繁接触食物原材料及其他生鲜食品而致携带机率增加。在调查的八年间,非食品从业人员沙门菌携带率呈下降趋势(图1a),且与城市化率和公厕数量这些社会发展和卫生指标显著相关(图1b)。相比之下,食品从业人员沙门携带率保持相对稳定(图1a),与这些经济社会发展指标的变化无关联。由此可见,经济发展、改善社区公共卫生条件应能有效降低非食品从业人群中的沙门菌携带风险,但对食品从业人群的沙门菌携带影响不大,提示食品从业人员高频接触食物材料,更多受到污染食物材料的直接影响,对食品从业人员需进行接触食物材料过程中的卫生干预和提高防护意识,来达到精准防控。
两人群沙门携带率与温度、湿度波动密切关联,存在夏秋季高峰,这与沙门菌病例的发病高峰季节一致(图1c和图1d)。发现人群携带率高峰与温度变化存在一个月的延迟,可能与季节变化、温度升高、食物材料沙门菌随后增殖有关。
图1 两职业人群沙门菌阳性率与自然、经济/卫生因素的相关性分析
在这些沙门菌中共鉴定到116种血清型,其中32%的血清型出现年份超5年,为核心血清型(图2a),8种核心血清型阳性率逐年显著增加,5种血清型阳性率显著降低(图3和4)。健康携带者中沙门菌血清型的Shannon多样性指数比腹泻病人和动物中更高。值得注意的是,健康携带者与腹泻患者之间沙门血清型顺位存在显著差异(经秩和检验),例如肠炎沙门菌在动物和急性腹泻病例中常被分离到,可位居第4和第2位,而在无症状携带中仅排名第12(图4),提示不同血清型沙门菌可能致病能力差异较大,也显示无症状携带者在维持沙门菌遗传多样性方面的不可忽视的作用。食品从业人员中分离到更多的血清型,且多样性在连续八年中保持稳定,但非食品从业人员中的血清型多样性有所下降。在11种血清型中,食品从业人员组的阳性率显著高于非食品从业人员组(图2c)。
图2 沙门血清型阳性率分布特征
图3 2013-2020年间出现5年及以上的血清型的阳性数及阳性率
图4 两职业人群、健康携带者与腹泻病人分离沙门菌血清型阳性率顺位
对所有沙门菌分离株进行了抗生素敏感性分析,发现对测试的29种抗菌药物均有耐药菌株(图5a),而菌株多重耐药率(multidrug resistance,MDR)高达32.98%,本研究还发现健康人群携带了对临床治疗肠道菌感染的常用一线抗生素均耐药的菌株,这增大了健康人传播耐药的严重性、以及感染发病后临床用药的难度。除了左氧氟沙星和多粘菌素外,食品从业人员组分离株对药物的耐药率都高于非食品从业人员组(图5c)。
图5 健康人群携带沙门菌耐药率
本研究进一步对所有耐临床重要抗生素及MDR的1,689株沙门菌进行了基因组测序,发现大多数菌株携带ARGs,并且使用自建库Kraken预测多位于质粒上,显示耐药扩散的高风险性(图6和7)。ARGs与不同复制型质粒之间存在关联(图8)。此外,携带耐多粘菌素mcr家族基因的菌株在2016年达到峰值后出现快速下降,这应该是与中国在2017年4月实施动物养殖中限制使用多粘菌素的规定有关(图5d),从健康人群携带mcr沙门菌人群监测显示养殖业中多粘菌素禁令实施效果非常好,食品从业人员可作为养殖业中抗生素控制使用成效的指示群体。
图6 MDR菌株携带ARGs特征
图7 ARGs位于质粒和染色体中的数量分布
图8 MDR菌株携带ARGs和质粒相关分析
对本研究测定了全基因组序列的菌株进行了全基因组SNP分析,发现多个差异SNPs数小于3个的聚集簇。同时,采用核心基因组多位点序列分型(cgMLST),在分层聚类HC5级确定了232个聚类簇,存在于多个血清型中,说明健康人群中不同人员携带克隆化和基因组高度相似的菌株,可能来自共同暴露的沙门菌污染食物材料、也可能存在人群中的播散,而且,需要关注的是这些菌株为MDR菌株。大多数HC5聚集簇出现的时间是短暂的,分离株在6个月内发现,为瞬时型HC5聚类簇;一个月内有超过3株的HC5聚类簇有14个,为激增型HC5聚类簇(suHC5)(图9),其中瞬时激增型suHC5聚类簇有4个,分布在三个血清型,其在cgMLST树中均形成独立分支(图10)。
图9各HC5聚类簇持续时间与高峰月分离菌株数的关系
图10 黄金海岸、伦敦和鼠伤寒沙门菌MDR菌株cgMLST分析
持续时间超过24个月的HC5聚类簇为持续型HC5。其中,阿贡纳HC5_4181持续存在了96个月,整合全球菌株分析,发现可能是由于境外传入随后长期在本地区传播形成(图11)。
图11全球阿贡纳沙门菌HC5_4181的cgMLST分析
该研究从健康人群角度分析了携带沙门菌、耐药状况以及可能的本地、人群内的播散,揭示了沙门菌在健康人群中的高携带和隐匿传播,通过群组比较、显示食品从业人员是病原菌和ARGs从动物/食品向人群传播的高风险人群和重要环节。类似腹泻病人的沙门菌感染季节特征,健康人群携带沙门菌也具有相同的季节性,但健康人群携带沙门菌血清型顺位明显不同于腹泻人群。社会经济发展能够降低非食品从业健康人群的沙门菌携带,但对频繁接触食品的从业人员影响不大、提示需要采取针对性的卫生干预措施。这些发现强调在“同一个健康”框架下,需要加强对健康人携带病原菌和耐药基因组的监测、补足全链条监测短板,需要对食品从业人员开展有针对性的干预措施来保障食品安全。文章以High carriage and possible hidden spread of multidrug-resistant Salmonella among asymptomatic workers in Yulin, China为题发表于Nature Communications(2024年IF=14.7)上,卢昕、罗铭、王梦玉、周哲敏、徐嘉良为共同第一作者,玉林市疾病预防控制中心吴炎农与中国疾病预防控制中心传染病预防控制所、传染病溯源预警与智能决策全重实验室阚飙为共同责任作者。