馬崇禮，楊俊，段合波，畢旺來

（武漢輕工大學生物與制藥工程學院，湖北武漢 430023）

產志賀毒素大腸桿菌（Shinga Toxin-producing Escherichia coli，STEC）是一大類能產生志賀毒素的大腸埃希菌總稱，是重要的食源性致病菌[1]。感染嚴重者可引起出血性結腸炎（HC）、溶血性尿毒綜合征（HUS）和血栓性血小板減少性紫癜（TTP）等并發癥，HUS和TTP的病死率較高[2]。產志賀毒素大腸桿菌具有多種血清分型，根據其O抗原可以分為174種，根據其H抗原可分為53種[3]。從血清學分類來看，大腸桿菌O157:H7是產志賀毒素大腸桿菌中致病力最強、流行趨勢最廣、發病率最高的流行株，一直受到公共衛生和食品安全領域的重點關注。但近年來，世界各地報道了由非O157型產志賀毒素大腸桿菌引起的多起疫情，最著名的事件就是2011年德國大腸桿菌O104:H4暴發疫情，一共造成約4400人感染，死亡50例，850人發展為HUS，需長期治療[4]。

非O157型產志賀毒素大腸桿菌引發的公共衛生事件逐漸突顯[5]，2012年因美國感染產志賀毒素大腸桿菌而發病的231157個病例中，59.7%為非O157：H7血清型感染，40.3%為O157:H7感染[6]。目前發現，有超過200種非O157血清型的產志賀毒素大腸桿菌能引起人類疾病[7]。美國1983—2002年期 間，O26、O45、O103、O111、O121和 O145血清型感染導致的人群發病率占非O157型產志賀毒素大腸桿菌致病總人數的75%，這6種血清群也被稱為“Top Six”[7]。范如岳等人鑒定了中國不同來源的434株非O157產志賀毒素大腸桿菌分離株，除不可分型菌株外，共檢測出82種O血清群和28種H型，其中O20:H30、O2:H32和O2:H45為優勢血清型[8]。由此可見，我國非O157產志賀毒素大腸桿菌主要流行株與其他國家可能存在不同之處。

產志賀毒素大腸桿菌分布廣泛，可以畜禽肉、蔬菜、水果等為載體傳播，因此對人類健康的危害極大[9]。產志賀毒素大腸桿菌最主要的毒力因子是志賀毒素。志賀毒素（Stx）具有細胞毒性、腸毒性、神經毒性作用，是毒性最強的細菌毒素，可損害機體中樞神經系統、腸道、腎臟[10]。志賀毒素可分為志賀毒素1（Stx1）和志賀毒素2（Stx2），志賀毒素2致病力強于志賀毒素1，是導致病人得HUS的最主要原因[11]。志賀毒素1的編碼基因stx1具有高度保守性，而志賀毒素2的編碼基因stx2序列變化很大，可分為stx2、stx2c、stx2d、stx2e 和 stx2f等亞型[12]。

目前，國際上尚無統一的分離鑒定非O157產志賀毒素大腸桿菌的標準方法。由于非O157產志賀毒素大腸桿菌血清型眾多，營養條件多樣化，至今還未找到某種特定的生化特征，能有效地從食品或臨床樣本中分離非O157型產志賀毒素大腸桿菌。非O157血清型產志賀毒素大腸桿菌檢測技術相較O157更加困難，即便病人感染了非O157型產志賀毒素大腸桿菌，臨床上也較難確認[13]。由于攜帶志賀毒素編碼基因是產志賀毒素大腸桿菌的共有特征，因此采用PCR技術來檢測stx是分離和鑒別產志賀毒素大腸桿菌最有效的方法[14]。由于志賀毒素2的致病力明顯強于志賀毒素1，本文主要對生物信息學數據庫現有的非O157型產志賀毒素大腸桿菌志賀毒素2基因序列進行分析，以期為開發非O157型產志賀毒素大腸桿菌分子快速檢測試劑盒、制定防控對策等提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 數據來源

從 NCBI GenBank（http://www.ncbi.nlm.nih.gov）數據庫搜索并下載截至2017年8月時公布的全部非O157型產志賀毒素大腸桿菌志賀毒素2基因（stx2）全長序列，將序列提交到EBI網站（http://www.ebi.ac.uk/Tools/clustalw/）上進行多序列比對。除DNA序列信息外，還從NCBI GenBank數據庫收集了每個菌株的血清型、采集年代、采集地點、宿主類型等流行病學信息。

1.2 進化樹分析

用mega 4.1軟件采用鄰位相連法（Neighborjoining）構建進化樹。根據基本的進化樹拓撲結構，采用1000次Bootstrap抽樣對樹進行評價分析。

2 結果與分析

從NCBIGenBank數據庫共下載197條stx2基因全長序列，用于多序列比對和構建進化樹。由于所用序列比較多，圖1僅列出其中53條具有代表性的序列所構建的進化樹。進化樹的主要節點Bootstrap值均在50%以上，表明所得到的樹的結構可信。基因亞型分類綜合了進化樹結果和NCBIGenBank數據庫序列亞型信息。從圖1可知，stx2基因可以分為7種基因亞型，分別為stx2a、stx2c、stx2d、stx2e、stx2g、stx2v和 stx2f。

表1列舉了197株攜帶stx2基因的分離株的血清型和基因亞型信息。其中，stx2d共有45條序列，主要來自德國、美國、澳洲和日本，部分來自中國、丹麥、比利時、波蘭和加拿大；stx2v共有42條，主要來自于美國、德國、比利時和加拿大，部分來自荷蘭、中國、日本等；stx2a共有40條，主要來自美國、加拿大和挪威，部分來自法國、德國、荷蘭、比利時等；stx2c共有36條，主要來自美國、中國和比利時，部分來自德國、印度、瑞士等；stx2e共有16條，絕大部分來自德國，部分來自中國和越南；stx2g共有11條，來自于德國、西班牙、日本、美國、中國等；基因亞型最少的是stx2f，共有7條，來自于美國、德國和日本。我國公布的非O157菌株基因型主要屬于stx2c、stx2d、和 stx2e。

圖1 進化樹分析

197株產志賀毒素大腸桿菌中最主要的血清型為O121，菌株主要來源于美國、挪威、意大利、加拿大和荷蘭。除O121血清型外，還有O26、O104、O111、O174、O93、O170、O8、O2、O91和O45等血清型。我國流行的血清型分布廣泛，有O159、O8、O163、O49和O74等。

3 討論

近年來，由非O157血清型大腸桿菌致病菌引起的食物中毒事件持續增長，因此檢測非O157血清型的致病性大腸桿菌非常重要。志賀毒素是大腸桿菌導致人類發病的主要毒力因子，目前國際上非O157產志賀毒素大腸桿菌序列大多是由美國、歐洲提交的，而我國所提交的序列較少。目前歐美等國主要檢測以O121血清型為代表的“Top Six”，而本文從NCBI GenBank數據庫采集到的流行病學信息分析可知，我國非O157產志賀毒素大腸桿菌流行的血清型并非“Top Six”。因此我國需要針對性研發DNA探針雜交等新型檢測方法，來取代基于菌株間表型差異的傳統培養分離檢測方法，進而提升檢測的快速性和準確性。

表1 菌株血清型、基因型

本文通過對世界各地非O157型產志賀毒素大腸桿菌stx2基因進行分子進化分析，從中可以了解到該類致病菌流行和演變趨勢，為以后的防控提供一定的理論支持。