《Applied and Environmental Microbiology》：Leptospira prevalence and lineages vary across land-use types due to shifts in small mammal communities
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本研究通过分析马达加斯加东北部不同土地利用类型（森林、农业区、村庄）中的小型哺乳动物（包括蝙蝠和陆生小型哺乳动物）群落组成及其携带的钩端螺旋体（Leptospira），揭示了土地利用变化如何通过改变宿主群落结构，进而影响病原体流行率（prevalence）和谱系（lineage）分布。研究发现，人为干扰生境中入侵鼠类（如家鼠Mus musculus和黑家鼠Rattus rattus）占主导，其携带的 cosmopolitan 谱系（如L. interrogans和L. kirschneri）流行率更高，尤其在稻田生境中感染率超过50%，显著增加了人畜共患病（zoonotic risk）风险。相比之下，森林生境中的本土物种主要携带 endemic 谱系（如L. mayottensis和L. borgpetersenii）。该研究为理解土地利用变化对传染病生态的影响提供了重要案例。
土地利用变化对小型哺乳动物群落及钩端螺旋体感染的影响
摘要
人类活动导致的土地利用变化能够改变小型哺乳动物群落的组成，并影响其人畜共患病原体的生态学。然而，这种变化的方向和普遍性仍存在疑问，因为其对疾病流行率的影响可能因生态背景和具体病原体而异。这些对比鲜明的模式凸显了研究特定宿主-病原体组合如何响应局部人为土地利用镶嵌格局的必要性。为满足这一需求，本研究在马达加斯加东北部的一个土地利用镶嵌区域，调查了陆生小型哺乳动物和蝙蝠的物种组成、钩端螺旋体（Leptospira）感染流行率以及钩端螺旋体的物种组成。
研究结果发现，在森林、农业区和村庄等不同土地利用类型中，蝙蝠（n = 400）和陆生小型哺乳动物（n = 2,053）的宿主群落存在差异。钩端螺旋体的感染流行率在蝙蝠（37.7%）中高于陆生小型哺乳动物（13.8%），并且蝙蝠感染的钩端螺旋体菌株在分子水平上与陆生小型哺乳动物排出的菌株截然不同。非原生的老鼠和大鼠几乎分别只感染了世界性分布的L. kirschneri和L. interrogans，而一些本地的陆生小型哺乳动物携带L. mayottensis，蝙蝠则携带更多样化的钩端螺旋体物种。不同土地利用类型下的钩端螺旋体流行率在陆生小型哺乳动物中存在差异，但在蝙蝠中则没有。总体而言，最高流行率出现在水淹稻田中的小鼠身上。数据显示，土地利用主要影响感染陆生哺乳动物的钩端螺旋体，这可能是由于栖息地干扰有利于地方性宿主和病原体被鼠科（Muridae）啮齿动物及其相关病原体（其中许多是人畜共患病原体）所取代。
引言
土地利用变化被认为是全球疾病新发和再发的主要驱动因素。随着自然栖息地被改造成农业和人为系统，依赖这些自然栖息地的物种趋于减少。相反，在人为栖息地繁盛的共居物种则趋于变得更加丰富。这些物种能够在人类主导的景观中繁盛的机制——快速的生命史、高密度、既是食性又是栖息地的泛化者——也使它们更可能携带和传播更广泛的寄生虫。因此，栖息地引起的宿主群落变化也在改变寄生虫群落，并可能允许新的宿主-寄生虫关联。此外，在受干扰更严重的栖息地中发现的共居动物，由于与人类接近，从而增加了直接和间接接触的机会，因此更可能携带人畜共患寄生虫并将其传播给人类。因此，研究土地利用变化如何影响宿主群落组成，进而影响哪些寄生虫存在、其流行率及其宿主关联至关重要。
然而，实际上，疾病与土地利用的关系在不同疾病系统中既不是线性的，也不是一致的。例如， disturbance 水平和易感宿主的栖息地偏好导致莱姆病流行率通常在中等干扰水平下最高，而动物中的鼠疫流行率在中等至高干扰水平下最高。这些变化的机制也多种多样：土地利用改变可以改变环境条件，使新的宿主物种发生接触（例如尼帕病毒），有利于不同的媒介群落（例如利什曼病），改变病原体在环境中的存活（例如钩端螺旋体），并促进寄生虫入侵（例如锥虫）。预测土地利用变化对宿主-寄生虫-环境相互作用的影响通常需要理清宿主群落组成和环境条件对特定寄生虫在不同土地利用类型中传播的影响。
土地利用变化对疾病传播的影响在马达加斯加具有高度相关性。作为一个生物多样性热点地区，马达加斯加的许多本地动物都是地方性物种，而对其携带的病原体知之甚少。本地的非灵长类小型哺乳动物包括46种蝙蝠、31种地方性猬科（Tenrecidae）物种和28种地方性鼠科（Nesomyidae, subfamily Nesomyinae）啮齿动物。马达加斯加的非原生（引入）小型哺乳动物物种包括鼠科（Muridae）啮齿动物（共居的老鼠和大鼠），它们偏爱人为栖息地，并且是众所周知的人畜共患病携带者。
钩端螺旋体是探索土地利用如何通过环境和宿主群落组成变化影响病原体动态的优秀生物。钩端螺旋体的不同物种和血清型往往与不同的宿主物种集合相关；然而，这种细菌的宿主特异性较弱——一种宿主物种可以感染多种类型的钩端螺旋体，而一种类型的钩端螺旋体也可以感染多种宿主物种。在马达加斯加，L. mayottensis以及许多其他未命名谱系的存在表明该细菌与本地小型哺乳动物宿主经历了长期的共同进化，并且L. mayottensis几乎可以肯定起源于马达加斯加。另外三个钩端螺旋体谱系（interrogans, kirschneri, 和 borgpetersenii）是引入的，并经历了不同程度的变异，尤其是在蝙蝠中。这些谱系可以大致分为世界性物种（L. interrogans 和 L. kirschneri）和地方性物种（L. borgpetersenii 和 L. mayottensis）。世界性物种通常发现于鼠科啮齿动物中，而地方性物种主要发现于蝙蝠、猬科动物和本地啮齿动物中。
在马达加斯加东北部马罗杰基国家公园（Marojejy National Park）及周边的人为干扰镶嵌区域，我们调查了土地利用如何与宿主群落组成、钩端螺旋体感染流行率以及钩端螺旋体-宿主物种关联相关联。扩展先前在同一地点对马达加斯加小型哺乳动物的工作，我们使用了额外3年（总共5年）在不同土地利用类型中收集的更多陆生小型哺乳动物和蝙蝠（仅在增加的3年中）的样本。基于这些广泛的宿主调查，我们评估了栖息地镶嵌格局中陆生小型哺乳动物和蝙蝠宿主的组成、多样性和相对丰度，以评估不同土地利用类型间钩端螺旋体感染流行率的差异。此外，我们利用来自感染钩端螺旋体动物的广泛测序数据，来理解钩端螺旋体组成如何随宿主和栖息地变化。
利用宿主和病原体数据，我们调查了以下问题：（i）栖息地类型如何影响陆生小型哺乳动物和蝙蝠的物种组成和密度？我们假设本地宿主物种偏好森林或受干扰较少的栖息地类型，而共居的非原生物种在靠近人类定居点的非原生栖息地中丰度最高。（ii）宿主组成和与土地利用变化相关的环境因素如何影响钩端螺旋体流行率？根据先前的发现，我们假设流行率在非原生小型哺乳动物物种偏好的高度干扰区域（如村庄）以及钩端螺旋体在环境中持续存在的暴露、温暖、潮湿区域（如稻田）最高。（iii）哪些钩端螺旋体谱系在哪些宿主和栖息地类型中被发现？最后一个问题使我们能够识别可能发生病原体转换的栖息地类型。基于先前关于宿主-病原体特异性的报告，我们假设蝙蝠和小型哺乳动物携带不同的钩端螺旋体谱系。然而，在给定宿主物种丰度较低的地方，我们预期会发现通常与更丰富宿主物种相关的谱系。累积起来，我们的研究通过调查土地利用镶嵌中环境、小型哺乳动物群落组成和钩端螺旋体谱系之间的关联，为土地利用变化可能改变钩端螺旋体风险的机制提供了见解。
结果
小型哺乳动物群落在不同土地利用类型中的分布
陆生小型哺乳动物
从2017年到2021年，共捕获了2,053只陆生小型哺乳动物，代表28个物种，包括来自两个类群的几个马达加斯加特有物种：猬科（Tenrecidae）的纹猬属（Microgale）、新纹猬属（Nesogale）、霍瓦掘猬（Oryzorictes hova）、大马岛猬（Setifer setosus）和普通马岛猬（Tenrec ecaudatus）；以及本地鼠科（Nesomyinae）啮齿动物（巢鼠属Eliurus、马岛鼠属Nesomys和裸尾鼬鼠Voalavo gymnocaudus）。然而，大多数捕获的动物（n = 1,354; 65.9%）是非原生的鼠科（Muridae）啮齿动物（黑家鼠Rattus rattus和家鼠Mus musculus）和鼩鼱科（Soricidae）鼩鼱（臭鼩Suncus murinus和小臭鼩S. etruscus）。大鼠在所有栖息地类型中均有捕获，包括国家公园内部；它们是最常捕获的物种（n = 898; 43.7%），其次是短尾纹猬（Microgale brevicaudata）（n = 366; 17.8%）、引入的小鼠（n = 273; 13.3%）和鼩鼱（n = 183; 8.9%）。小家鼠在人为栖息地被捕获，在森林栖息地中缺失。
在不同栖息地类型中，我们发现本地物种捕获比例、动物密度（捕获数量/陷阱努力量）、物种丰富度和香农多样性存在显著差异，而物种均匀度在不同栖息地类型间没有显著差异。动物密度在半完整森林中往往较低。国家公园内部的物种丰富度显著高于所有其他栖息地类型（除农林业和农业区外），但这仅导致公园内部的香农多样性高于次生林、灌木再生林和村庄。本地物种的比例在公园内部的森林栖息地中显著高于外部，并且在村庄中低于次生林。这些群落差异导致在二维非度量多维标度（NMDS）排序空间中存在明显的分离，猬科和地方性啮齿动物物种指示位于国家公园内部和受干扰较少森林中的陷阱网格，而引入的鼠科和鼩鼱科物种指示公园外部的栖息地类型。位于国家公园内的半完整森林，由于存在两种既在森林中也在外部耕地上捕获的纹猬物种（短尾纹猬和大马岛猬），以及两种地方性啮齿动物（韦氏巢鼠Eliurus webbi和奥氏马岛鼠Nesomys audeberti）的存在，连接了公园内外的差异。每个栖息地捕获的动物在物种组成和变异性上均存在差异。
蝙蝠
从2019年到2021年，共捕获了400只蝙蝠，代表12个本地物种，包括犬吻蝠科（Molossidae）（马达加斯加无尾蝠Chaerephon atsinanana和白腹髭蝠Mops leucostigma）、蝙蝠科（Vespertilionidae）（马岛长耳蝠Laephotis matroka和戈氏鼠耳蝠Myotis goudoti）、菊头蝠科（Hipposideridae）（康氏狐蝠Macronycteris commersoni）、鞘尾蝠科（Emballonuridae）（黑鞘尾蝠Paremballonura atrata）和狐蝠科（Pteropodidae）（马达加斯加狐蝠Rousettus madagascariensis）。虽然都是本地物种，但这些物种中没有一种是马达加斯加特有的。戈氏鼠耳蝠（n = 189; 47.2%）是捕获最多的物种，在所有栖息地类型中均有发现，但在森林栖息地中更常见。第二丰富的物种马达加斯加狐蝠（n = 125; 31.2%）主要在农田和村庄中被捕获。
与陆生小型哺乳动物相比，蝙蝠群落的物种组成分布在不同土地利用类型间变化较小。我们发现不同栖息地类型间在捕获动物数量、物种均匀度、物种丰富度和香农多样性指数上没有显著差异。然而，我们在NMDS空间中观察到按栖息地类型划分的群落在组成上存在显著差异，但这些差异不是由于变异性引起的。
不同土地利用类型下的钩端螺旋体感染流行率
陆生小型哺乳动物
在2,053只捕获的陆生小型哺乳动物中，对2,032只个体进行了检测，其中280只qPCR阳性，总体感染流行率为13.8%。大多数感染的陆生动物（86.1%, n = 241）是引入物种，而本地物种仅占阳性病例的13.9%（n = 39）。感染率最高的宿主物种是家鼠（272只检测个体中100只阳性；36.8%），其次是大鼠（896只中125只阳性；13.9%）、鼩鼱属（177只中14只阳性；7.9%）、大马岛猬（54只中3只阳性；5.5%）和短尾纹猬（333只中20只阳性；6.0%）。在几个地方性物种中没有发现感染的个体；然而，这些物种捕获的个体数量很少。
感染个体的比例（此处指流行率）在水淹稻田、半完整森林和村庄房屋中最高，在国家公园内部、次生林和农业区最低。在水淹稻田中捕获的小鼠大部分被感染（74只中40只；54%）。黑家鼠和短尾纹猬在半完整森林中更常被感染，而臭鼩在次生林中更常被感染。
使用二项模型来考虑物种组成和栖息地类型的联合效应，同时考虑季节和年际变异性。感染最重要的预测因子是栖息地类型和年份，其次是动物密度的对数、物种丰富度的平方根和季节。与水淹稻田和半完整森林中陆生小型哺乳动物的感染对数几率最高，在次生林中最低。在2018年和2019年捕获的陆生小型哺乳动物与2017年、2020年和2021年捕获的之间存在大的年际差异。2018-2019年期间的样本感染几率高于其他年份。物种丰富度和密度与感染对数几率呈弱正相关。虽然季节性的影响很弱，但感染几率在温暖湿润季节（参考类别）略高于其他两个季节。
蝙蝠
蝙蝠的感染流行率（37.7%；281只检测个体中106只qPCR阳性）显著高于陆生小型哺乳动物。最丰富的蝙蝠物种戈氏鼠耳蝠的流行率最高（153只中76只阳性；49.7%），远高于第二丰富的物种马达加斯加狐蝠（58只中16只阳性；27.6%）。我们发现了除一种蝙蝠科物种外的所有物种的感染个体，而没有发现犬吻蝠科或鞘尾蝠科的感染个体，尽管如果感染流行率与我们在马达加斯加狐蝠中观察到的相似，我们本有足够的效力检测到。
我们在除灌木再生林外的所有栖息地类型中发现了感染的蝙蝠，感染动物比例最高的出现在国家公园内部（58只中36只；62.1%）、次生林（35只中15只；42.9%）和水淹稻田（23只中10只；43.5%）。总体而言，不同栖息地类型间感染流行率的变异性在陆生小型哺乳动物中大于蝙蝠。然而，与陆生小型哺乳动物相似，未观察到与干扰水平相关的线性趋势。蝙蝠感染数量的二项模型显示，栖息地类型对蝙蝠的总体感染几率并不重要；然而，季节、物种丰富度和捕获动物数量是重要的因素。与陆生哺乳动物相反，我们发现蝙蝠感染几率存在强烈的季节性效应，在炎热干燥季节感染的可能性高于温暖湿润季节。然而，物种丰富度和密度与感染对数几率呈弱正相关。
按宿主物种和土地利用类型划分的钩端螺旋体谱系
我们成功地对380份阳性样本中的136份进行了secY基因测序，其中62份来自蝙蝠，74份来自陆生小型哺乳动物。系统发育分析在物种水平上鉴定了钩端螺旋体，并显示分为几个不同的遗传支系，主要沿钩端螺旋体物种线划分，并有一些额外的亚组（a–c）。宿主物种、栖息地类型和钩端螺旋体谱系之间的分离显示，一些钩端螺旋体物种被归类为“世界性”或与非原生物种和受干扰栖息地相关，而其他则被归类为“森林相关”或发现于森林栖息地和本地物种。
三个与地方性钩端螺旋体谱系对应的支系主要发现于蝙蝠和本地陆生小型哺乳动物物种。所有与L. borgpetersenii参考序列聚类的序列都来自马达加斯加蝙蝠。大多数L. borgpetersenii序列对应于与secY348单倍型密切相关的单倍型，并发现于鼠耳蝠属（Myotis）和长翼蝠属（Miniopterus）物种中。其余两个L. borgpetersenii序列被分配到一个与secY361接近的单倍型，并发现于鼠耳蝠物种中。L. mayottensis支系中的两个序列都来自在国家公园内捕获的地方性啮齿动物（格兰氏巢鼠Eliurus grandidieri）。这些样本的单倍型与secY356密切相关。最后一个地方性支系（此处称为钩端螺旋体物种a）与L. mayottensis密切相关。形成该支系的两个标本来自马达加斯加狐蝠。
四个“世界性”支系包括L. interrogans、L. kirschneri和两个新群（L. sp. b和L. sp. c）。与参考L. interrogans对应的支系中的序列来自陆生哺乳动物和戈氏鼠耳蝠蝙蝠。与secY313密切相关的单倍型发现于所有主要在农田捕获的黑家鼠、一只在村庄捕获的家鼠、另一只从水淹稻田捕获的家鼠以及一只在水淹稻田捕获的大马岛猬中。该支系中的蝙蝠序列来自两只在次生林捕获的戈氏鼠耳蝠和另一只在农林业捕获的个体。这些蝙蝠相关的序列与secY39单倍型密切相关，形成一个独特的亚组。
L. kirschneri参考序列支系中的所有序列都被分配到一个单一的secY322等位基因。该组中的大多数样本是家鼠。然而，来自一只在水淹稻田捕获的猬科动物（大马岛猬）和三只鼩鼱（臭鼩），以及来自一只在次生林捕获的鼩鼱（小臭鼩）和一只纹猬（短尾纹猬）的样本也在这个支系中。剩下的两个支系，钩端螺旋体物种b和c，与钩端螺旋体物种a相似，因为它们发现于在农业栖息地捕获的马达加斯加狐蝠中。
讨论
土地利用变化改变了小型哺乳动物群落，这对寄生虫群落和人畜共患病风险产生了级联效应。通过我们多年、多地点的工作，我们发现钩端螺旋体流行率和存在的细菌物种在不同土地利用类型间变化，这与宿主群落的变化相对应。我们发现蝙蝠和陆生小型哺乳动物的物种组成在不同栖息地类型间存在差异，在森林栖息地、农业土地利用类型和村庄房屋之间存在显著转变。感染这些动物的钩端螺旋体也从受干扰栖息地中主要的世界性谱系（即L. interrogans和L. kirschneri）转变为更完整、森林栖息地中的地方性谱系（L. borgpetersenii和L. mayottensis）。这导致群落水平的感染流行率随物种组成在不同栖息地间变化，钩端螺旋体从森林栖息地中与地方性相关的谱系转变为农业田地和村庄房屋中与世界性相关的谱系，后者入侵的鼠科啮齿动物丰富。总体而言，钩端螺旋体感染流行率在蝙蝠（37.7%）中远高于陆生小型哺乳动物（13.8%）。
物种组成在不同栖息地类型间的变化主要是由于少数物种相对丰度的变化，以及在较小程度上物种多样性的变化。虽然研究地点和我们的样本显示出高的物种丰富度（捕获了28种陆生哺乳动物和12种蝙蝠），但大多数个体仅属于少数几个物种：陆生动物中的黑家鼠、短尾纹猬和家鼠，以及蝙蝠中的戈氏鼠耳蝠和马达加斯加狐蝠。在陆生小型哺乳动物中，引入的鼠科啮齿动物是国家公园外部捕获的主要物种，而许多本地物种仅限于森林内部。这些动物捕获的差异导致农业基质中的陆生动物密度更高，物种丰富度低于森林栖息地（水淹稻田的丰富度除外）。正如假设的，并且是许多岛屿陆生小型哺乳动物系统的典型情况，我们发现入侵物种取代了本地物种，特别是在受干扰的土地利用类型中。
蝙蝠群落从森林和灌木再生栖息地类型中以戈氏鼠耳蝠为主，转变为农业土地利用类型中以马达加斯加狐蝠为主，农林业中这两种物种的比例大致相等。蝙蝠群落在森林和农业土地利用类型间的差异主要是由于这两个物种的丰度，而不是多样性指标。栖息地与物种组成之间缺乏强关系可能反映了蝙蝠由于其更强的飞行扩散能力和相关的家园范围，受其被捕获栖息地的限制较小，因为捕获地点可能更多地反映动物觅食的地点，而不是它们栖息的地点。这也部分是由于一些蝙蝠物种受益于人类改造的栖息地，如村庄、农田和农林业，因为这些地点可用于它们的栖息和觅食活动。因此，动物密度和哪些陆生小型哺乳动物和蝙蝠物种最常见的变化在森林和人为土地利用类型之间转变，有利于非原生小型哺乳动物和果蝠（马达加斯加狐蝠）。
在人为土地利用类型中最丰富的陆生哺乳动物宿主物种往往感染率更高。共居的家鼠是该地区钩端螺旋体的主要宿主（总体流行率36.8%），并且在水淹稻田中捕获的小鼠大部分（54%）被感染。然而，由于黑家鼠的丰度更高——它们占捕获动物的43.7%——尽管感染流行率较低（13.9%），但它仍然是一个重要的宿主。就绝对数量而言，在我们的研究中，感染的黑家鼠个体比任何其他物种都多。这一结果与先前在首都塔那那利佛的发现形成鲜明对比，那里家
