[論文レビュー] Rapid host switching in generalist Campylobacter strains erodes the signal for tracing human infections

Bethany L. Dearlove, Alison J. Cody+4 more|arXiv (Cornell University)|Apr 7, 2015

Salmonella and Campylobacter epidemiology参考文献 11被引用数 11

ひとこと要約

本研究は、一般型のセロリア・イェジュニとセロリア・コリのクローンコロニーST-21、ST-45、ST-828が、ニワトリ、牛、ブタの間で急速に宿主を切り替えることにより、宿主関連の遺伝的信号が消去されることを明らかにした。全ゲノムシーケンシングの結果、89%のヒト感染がニワトリ由来であるが、宿主間での高い伝播率が原因で、感染源の特定が曇り、アウトブレイクの追跡におけるゲノム監視の信頼性に課題を呈している。

ABSTRACT

Campylobacter jejuni and Campylobacter coli are the biggest causes of bacterial gastroenteritis in the developed world, with human infections typically arising from zoonotic transmission associated with infected meat, especially poultry. Because this organism is not thought to survive well outside of the gut, host associated populations are genetically isolated to varying degrees. Therefore the likely origin of most Campylobacter strains can be determined by host-associated variation in the genome. This is instructive for characterizing the source of human infection at the population level. However, some common strains appear to have broad host ranges, hindering source attribution. Whole genome sequencing has the potential to reveal fine-scale genetic structure associated with host specificity within each of these strains. We found that rates of zoonotic transmission among animal host species in ST-21, ST-45 and ST-828 clonal complexes were so high that the signal of host association is all but obliterated. We attributed 89% of clinical cases to a chicken source, 10% to cattle and 1% to pig. Our results reveal that common strains of C. jejuni and C. coli infectious to humans are adapted to a generalist lifestyle, permitting rapid transmission between different hosts. Furthermore, they show that the weak signal of host association within these complexes presents a challenge for pinpointing the source of clinical infections, underlining the view that whole genome sequencing, powerful though it is, cannot substitute for intensive sampling of suspected transmission reservoirs.

研究の動機と目的

• ヒトの胃腸炎に関連する一般的なセロリア・イェジュニおよびセロリア・コリ株における宿主切り替えの広がりを調査すること。
• これらの株に見られる宿主関連の遺伝的サインが、ヒト感染の感染源を信頼性を持って特定できるかどうかを評価すること。
• 宿主切り替えが頻繁に発生する状況において、全ゲノムシーケンシングの感染源特定における限界を評価すること。

提案手法

• ヒトおよび複数の動物宿主（ニワトリ、牛、ブタ）由来のセロリア菌株の全ゲノムシーケンシング。
• クローンコロニーST-21、ST-45、ST-828の系統解析により、宿主間での遺伝的類縁関係を評価。
• 宿主種間のズーノティック伝播率を推定するための集団遺伝学的モデリング。
• 宿主関連のゲノム変異を比較し、各クローンコロニーにおける宿主シグナルの強さを評価。
• ゲノム類似性および伝播ダイナミクスに基づき、ヒト臨床例の動物由来感染源への統計的帰属。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 一般的なセロリア菌株がニワトリ、牛、ブタの間でどの程度宿主を切り替えているか。
• RQ2 急速な宿主切り替えが、臨床株における宿主特異的遺伝的サインの検出可能性にどのように影響するか。
• RQ3 広範な宿主範囲を持つ株において、全ゲノムシーケンシングがヒトセロリア菌感染の感染源を信頼性を持って特定できるか。
• RQ4 高い宿主切り替えが見られる状況下で、ヒト感染のうち各動物由来の割合はどの程度か。

主な発見

• ゲノム類似性および伝播パターンに基づき、ヒトセロリア菌感染の89%がニワトリ由来、10%が牛由来、1%がブタ由来と特定された。
• ST-21、ST-45、ST-828クローンコロニーにおける動物宿主間の急速なズーノティック伝播が、宿主関連の遺伝的サインをほとんど消去した。
• 一般型株における高い宿主切り替え率は、全ゲノムシーケンシングのみを用いた宿主帰属の信頼性を損なう。
• 頻繁な種間伝播のため、単一の宿主種からのゲノムデータだけでは感染源を正確に特定できない。
• 本研究は、感染源特定の正確性を向上させるために、すべての懸念されるリザーバーの包括的サンプリングが不可欠であることを示した。