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1月31日，国产高影响力期刊《iMeta》在线发表南京农业大学资源与环境科学学院沈其荣院士团队LorMe实验室的最新研究成果《MBPD: A multiple bacterial pathogen detection pipeline for One Health practices》，该研究针对威胁全球一体化健康（One Health）的生物污染物——致病菌，建立了当前最为全面的动物、植物、人畜共患致病细菌数据库，创建了基于16S扩增子测序快速识别多病原生物复合污染的一体化流程，为环境土壤生物健康普查，提升动植物与人类健康监测预警能力提供技术支撑。
 主要内容 致病菌无处不在、无时不有，时刻威胁着粮食安全与人畜健康。历史上，孟加拉饥荒、天花、黑死病的大流行夺取无数人的生命。近年来，新冠疫情横扫全球，防控难度之大前所未有，特别是基础疾病以及并发症引发的二次伤害。社会各界人士已深刻认识到致病菌核酸检测的重要性，更充分意识到人类健康与动植物和环境的健康密不可分，即一体化健康(One health)。因此，如何高效快速识别致病菌的类型和数量，成为医疗、农林和畜牧等领域的共性关键难题，更是环境土壤生物领域的重大挑战。特别是加强多种致病菌同时检测，对践行联合国一体化健康策略、落实我国人类命运共同体战略具有重要意义。病原细菌是威胁人类健康与生态安全的重要生物污染因子之一。然而，当前依然缺乏针对引发动物、植物、人畜共患病的高通量快速检测的技术体系。LorMe实验室创建了基于16S扩增子测序的多病原检测系统MBPD，可一次性实现近上千种病原细菌的检测。  本文开发了一款基于16S 测序，可较为全面检测病原细菌的方法MBPD。MBPD的输入为清洗后的16S扩增子数据，输出为带有病原菌分类的ASV表。本流程包括以下步骤：(1)将收集的病原菌信息与Silva 16S数据库进行比对，建立MBPD数据库；(2)利用MBPD数据库进行虚拟试验，利用UCLUST算法对16S的不同可变区进行物种/菌株注释的最佳相似度和准确性研究；(3)使用DADA2工具将16S扩增子数据转换为ASV序列；(4)根据不同的测序区域，使用合适的注释阈值将ASV序列与MBPD数据库进行比对，其中V4和V1-V2区域推荐90%阈值，其他可变区域推荐80%(图1)。
图1 MBPD工作流程 为构建引起动物、植物和人畜共患疾病的病原菌数据库，本研究从公共机构、数据库和论文中收集了1986种病原细菌(图2A)。随后从Silva数据库中提取了这些病原菌在物种或菌株水平上的序列，以提高数据的兼容性和更好地识别病原菌多样性，称为MBPD数据库。概括来说，MBPD数据库主要由门水平上的变形菌门、厚壁菌门、放线菌门和拟杆菌门(图2B)和属水平上的芽孢杆菌、志贺杆菌、沙门氏菌和假单胞菌组成(图2C)。此外，相比植物类病原菌，大量病原菌来自于人畜共患类和动物类(图2B)。
图2 基于1986种病原细菌、72685条序列的MBPD数据库
图3 16S可变区及不同注释阈值下的虚拟试验 通过选取同一批16S数据，将MBPD与其他两个已发表的流程(16SPIP和MIP)进行比较。由于样本为V4数据，MBPD基于虚拟试验结果采用了90%的注释阈值(图3C)。结果发现，MBPD在所有流程中检测到的病原菌数量最多，并包含了大多其他两种流程检测到的病原菌，尤其是MIP(图4A)。从运行时间上看，MBPD与MIP在检测相同样本量的运行时间较为接近(图4B)。最后，由于16SPIP仅用于病原鉴定，而无法计算丰度，本文将优势属的相对丰度与MIP进行了比较。MBPD能检测到MIP中的优势属Staphylococcus，以及MIP中未检测到的属，如Corynebacterium和Finegoldia(图S5A)。
图4 MBPD、16SPIP和MIP在病原细菌检测中的性能比较 最后，本研究在人类牙周炎、白虾综合征和植物青枯病的健康—患病的配对样本上测试了MBPD，以进一步评估MBPD在真实环境样本中的表现。由于均为V4数据，MBPD采用90%阈值对所有样本进行注释比对。结果发现，患病样本中致病菌的丰度均显著高于健康样本(p < 0.001，图5A)。此外，MBPD能够检测到其他潜在的复合感染病原菌(图5B−D)。例如，人类和动物患病样本中高度富集的属(Treponema和Photobacterium; p < 0.001)可以从与致病菌相同的环境中分离出来，并严重威胁宿主。
图5 人类、动物和植物病害中健康—患病样品中致病菌、复合感染病原菌的检测 全文链接：https:///10.1002/imt2.82 作者简介：杨欣润，博士在读，主要研究内容为土壤生物复合污染过程与调控。 论文信息 原名：MBPD: A multiple bacterial pathogen detection pipeline for One Health practices 译名：MBPD：践行一体化健康的多种病原细菌检测流程 期刊：iMeta DOI：10.1002/imt2.82 发表时间：2023.1 通讯作者：江高飞，韦中 |
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