Nat Microbiol | 曹务春/赵方庆/贾娜/王金锋团队揭示蜱–病原体–微生物组互作规律

摘要：蜱是专性吸血的节肢动物，作为重要的病原媒介，能够将多种细菌、病毒和寄生虫病原体传播给人类和动物，对公共卫生构成严重威胁。随着蜱地理分布范围的扩大和全球传播趋势的加剧，以及地方性和新发蜱传疾病的流行率不断上升，蜱传疾病已引发全球范围内的广泛关注。已有研究表明

蜱是专性吸血的节肢动物，作为重要的病原媒介，能够将多种细菌、病毒和寄生虫病原体传播给人类和动物，对公共卫生构成严重威胁。随着蜱地理分布范围的扩大和全球传播趋势的加剧，以及地方性和新发蜱传疾病的流行率不断上升，蜱传疾病已引发全球范围内的广泛关注。已有研究表明蜱所携带的微生物高度复杂且种间微生物组多样性差异显著，生态地理因素与蜱遗传变异可能共同影响蜱传病原体分布。为系统性挖掘蜱微生物组分布规律及其环境影响因素、寻找蜱传病原传播规律，当前亟需涵盖不同蜱属蜱种、不同生态区域、不同寄生状态等其他关键生态特征的样本进行系统性研究。

2023年9月23日，军事医学研究院曹务春/贾娜团队，中国科学院动物研究所赵方庆团队及中国农业大学王金锋团队合作在Nature Microbiology在线发表了题为Genome-resolved metagenomics reveals microbiome diversity across 48 tick species的研究工作。通过大尺度系统性采样，获得了覆盖中国大陆3 1 个行政省份，囊括8个蜱属、48种蜱的超过1 6 ,0 00 份样本，经过混合样本的二代短读长和三代长读长测序和对应的深度基因组分析与病原解析，确定了蜱基因组特征及相关病原体和微生物组成及其影响因素和二者间的关联关系，为探究“蜱–微生物-环境”互作提供了重要资源，为制定控制蜱传疾病的传播策略奠定了基础。

图1. 蜱样本采集地点分布图

本研究通过系统性的生物信息学分析共获得7,783个中等质量以上（完整度≥50%，污染率≤10%）的宏基因组组装基因组（MAGs）。基于MAGs间平均核苷酸相似性，并用筛选其中质量最高的MAG作为代表，共获得1,373个代表性宏基因组组装基因组（rMAG），其中约2/3被初步归类为未定义物种。通过分析不同蜱属、蜱种及地理区域间携带的差异，识别到蜱微生物组的蜱种特异性与区域特异性。

图2. 本研究组装得到的1,373个rMAGs进化树

为进一步探究影响蜱微生物组的因素，研究团队以蜱微生物组的丰度为基础进行分类，共识别出五种不同的蜱微生物组生态型。每个生态型均由特定的细菌主导，生态型之间呈现出巨大的多样性差异。环境因子中湿度和温度对蜱微生物组产生了最为重要的影响，同时在不同生态型中存在类似的环境因素影响模式，这表明了不同生态型的蜱微生物组可能受到相同因素的塑造。通过进一步评估生态型与蜱种、宿主动物及地域与蜱微生物组生态型之间的关联，发现了立克次氏体主导的生态型与特定蜱种及其在中国东北和内蒙古–新疆地区的自由生活状态显著相关，凸显自由生活状态在其生态型形成中的关键作用。通过随机森林模型分析进一步证实了蜱种和宿主动物对微生物组组成的影响关联。

图3. 环境对蜱微生物组影响的模型

为了探究蜱携带具有潜在致病性的微生物，研究团队从 1,373 个rMAGs中筛选出注释到立克次体属（ Rickettsia ）、柯克斯体属（ Coxiella ）、无形体属（ Anaplasma ）、埃立克体属（ Ehrlichia ）、弗朗西斯氏菌属（ Francisella ）以及伯氏疏螺旋体属（ Borrelia ）这六个属的基因组，并与已知细菌进行比较，并鉴定出11 个 Rickettsia 种（6个新种）， 26 个 Coxiella 种（24个新种），95 个 MAGs 对应 11 个 Anaplasma 种（7个新种）， 8 个 Ehrlichia 种（6个新种）， 3 个 Francisella 种（3个新种）， 3 个 Borrelia 种（2个新种）。其中，所有 Coxiella 和 Francisella 新种均为没有致病能力的蜱共生菌。这些新物种的发现拓展了蜱携带潜在病原微生物的基因组数据库，并为蜱传病原体的早期预警提供了新见解。

通过相关性分析，研究团队验证了线粒体基因组多样性与微生物组相似性之间的关联，据此推测蜱基因型与其微生物组之间存在潜在关联。为进一步验证这一假设，研究团队微生物组全基因组关联分析，在多个蜱种中检测到与病原体丰度显著相关的高可信度单核苷酸多态性，包括19个长角血蜱SNPs，涉及其第4号染色体上 M13家族肽酶基因；19个微小扇头蜱SNPs，涉及类血清素受体蛋白基因，与5-羟色胺信号通路有关；31个森林革蜱SNPs，涉及幼虫激素酸甲基转移酶相关基因。通过跨物种的功能分析，上述SNPs所涉及基因参与发育、代谢、定位、细胞过程、生殖和应激反应等多种重要生物学过程。

综上所述，研究团队构建了一个覆盖中国大陆所有省、市、自治区的“蜱–微生物-环境”数据库。系统解析了生态地理因素对蜱微生物组的影响，精准鉴定出多种潜在致病微生物物种，并深入揭示了蜱基因组多样性与病原体之间的关联机制。该研究深化了对蜱、微生物及病原体间复杂互作关系的理解，为未来蜱媒传染病的精准监测和风险预警提供了重要科学依据，对制定有针对性的蜱防控策略具有积极指导意义。

军事医学研究院杜立锋博士、中国农业大学史文聿副教授、军事医学研究院崔晓鸣助理研究员、中国农业大学樊洄敏博士、军事医学研究院江佳富研究员为本研究的共同第一作者。军事医学研究院曹务春/贾娜研究员、中国科学院动物所赵方庆研究员、中国农业大学王金锋教授为本研究的通讯作者。

制版人：十一

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（*排名不分先后）