从人类胃活检组织中分离出的新型表皮葡萄球菌（Staphylococcus epidermidis）、唾液链球菌（Streptococcus salivarius）和口咽链球菌（Streptococcus anginosus）菌株的全基因组序列

《Microbiology Resource Announcements》：Whole genome sequences of novel Staphylococcus epidermidis, Streptococcus salivarius, and Streptococcus anginosus strains isolated from human gastric biopsy tissue

本研究从哥伦比亚高风险胃癌患者胃活检组织中分离出三种新细菌（S. epidermidis、S. salivarius、S. anginosus），通过Illumina MiSeq测序分析其基因组特征，发现这些菌株可能通过毒力因子和抗菌肽影响胃癌发生发展。

　　

摘要

从哥伦比亚南美洲胃癌高风险患者的人体胃活检组织中培养出了三种新型细菌菌株：表皮葡萄球菌（Staphylococcus epidermidis）、唾液链球菌（Streptococcus salivarius）和咽峡炎链球菌（Streptococcus anginosus）。这些细菌使用Illumina MiSeq技术进行了测序，以进行系统发育分析并识别赋予其致病性或保护性的遗传机制。

公告

虽然幽门螺杆菌（Helicobacter pylori）感染是导致胃疾病进展和癌症发生的关键因素，但最近的研究表明胃肠道微生物群也具有重要影响。我们实验室之前对哥伦比亚南美洲高风险胃癌患者的研究发现，胃微生物群的组成变化与疾病进展的促进或保护有关（1–4）。具体来说，我们发现表皮葡萄球菌和唾液链球菌经常从哥伦比亚Tumaco和Túquerres地区的患者胃活检样本中分离出来（2）。后续在无菌INS-GAS小鼠中进行的体内研究表明，唾液链球菌与幽门螺杆菌的共感染比单独感染幽门螺杆菌会导致更严重的胃部病变，而表皮葡萄球菌的共感染则使幽门螺杆菌诱导的促炎细胞因子反应显著减弱（2）。最近，Fu等人（5）在胃组织中发现了咽峡炎链球菌，并发现其感染会促进胃炎症、萎缩和肿瘤形成。在我们的哥伦比亚患者队列中，我们也从胃活检样本中培养出了咽峡炎链球菌菌株，并证明咽峡炎链球菌感染会加重无菌INS-GAS小鼠中由幽门螺杆菌引起的胃部疾病（4）。本文描述了这些表皮葡萄球菌、唾液链球菌和咽峡炎链球菌菌株的全基因组序列特征。

从人类受试者中收集幽门窦胃活检样本的过程已获得瓦莱大学（IRB编号024-09）和范德比尔特大学（IRB编号071000）的批准。胃活检样本使用BHI培养基（BD，目录编号238400）和20%甘油通过组织研磨机进行匀浆处理。匀浆液被接种到5%羊血琼脂平板（Remel，目录编号R01202）上，并在37°C、5%二氧化碳环境下培养24–48小时以形成菌落。使用MasterPure Complete DNA and RNA Purification Kit（Epicenter）提取表皮葡萄球菌和唾液链球菌的基因组DNA，或使用High Pure PCR Product Purification Kit（Roche Laboratories）提取咽峡炎链球菌的基因组DNA。基因组DNA用于Illumina MiSeq测序（2 × 250 bp），使用Nextera Flex文库制备试剂盒进行准备。所有生物信息学工具均使用默认参数。原始测序数据经过BBDuk（版本：≥37.17；参数：ktrimr, k23, mink11, hdist1, tpe, tbo, qtrimrl, trimq10, qin33）处理以去除接头序列并优化质量（6），随后在细菌和病毒生物信息学资源中心（BV-BRC）（7）使用SPAdes（版本：3.10.0）或Unicycler（版本：0.4.8）进行从头组装。基因注释使用由BV-BRC提供的RASTtk（2020-04-06）完成。使用CheckM（通过BC-BRC）确定基因组的完整性和污染百分比（7）。使用antiSMASH 4.0预测生物合成基因簇（BGCs）（8）。基因组统计信息见表1。

表1

表1 基因组统计摘要

菌株编号	患者信息	胃活检信息	contig数量	N50（bp）	覆盖度（×）	基因组大小（bp）	GC含量（%）	预测的基因数量：a,b	CheckM	GenBank编号	SRA编号
蛋白质	tRNA	rRNA	完整性（%）	污染百分比（%）
表皮葡萄球菌 14-1777-C6	来自哥伦比亚Túquerres的男性（1.0857° N, 77.6186° W）	非萎缩性胃炎；幽门螺杆菌阳性	62	103,594	85.9	2,482,584	31.9	2,377	58	9	100	0	NXMC00000000	SRR35278348
唾液链球菌 14-1770-C1	来自哥伦比亚Tumaco的女性（1.8087° N, 78.7667° W）	非萎缩性胃炎；幽门螺杆菌阴性	45	149,736	59.6	2,355,730	39.3	2,245	49	6	99.8	2.1	NXMB00000000	SRR35278347
咽峡炎链球菌 MIT 14-1787-A7	来自哥伦比亚Túquerres的男性（1.0857° N, 77.6186° W）	多灶性萎缩性胃炎；幽门螺杆菌阳性	31	146,829	185.3	1,846,644	38.8	1,859	29	3	100	0	JBQWSQ000000000	SRR35278346

^a

使用RASTtk预测的基因序列数量。

^b

RASTtk注释可访问：https://www.bv-brc.org/view/Genome/1282.2266（表皮葡萄球菌 14-1777-C6），https://www.bv-brc.org/view/Genome/1304.267（唾液链球菌 14-1770-C1），以及https://github.com/TonyMannion/Novel-Staphylococcus-and-Streptococcus-strains-from-human-gastric-microbiome（咽峡炎链球菌 MIT 14-1787-A7）。

基因组的分类基于与BV-BRC中的参考菌株的平均核苷酸同一性（pyANI，版本：0.2.10）（9）和数字DNA-DNA杂交（Genome-to-Genome Distance Calculator，版本3.0）（10）分析。在表皮葡萄球菌中鉴定出了酚溶性调节蛋白（PSMα、PSMβ1a、PSMβ1b、PSMβ2、PSMβ3、PSMδ）及其相关的群体感应系统调节基因argBDCA和δ毒素。这些产物是具有细胞毒性的肽，可通过免疫激活（11、抗菌活性（13–15）和促进生物膜形成（16）来促进病原体感染。在唾液链球菌中鉴定出三种不同的lantibiotic bacteriocin BGCs，它们与益生菌唾液链球菌 M18中的salivaricin 9、salivaricin M和salivaricin A2具有同源性。据报道，salivaricin系列产物对乳酸乳球菌（Lactococcus lactis）、肠球菌（Enterococcus hirae）、金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）和其他链球菌物种具有抗菌作用（16、17）。这些抗菌肽可能调节微生物群的组成和功能。咽峡炎链球菌的基因组含有TMPC，这是一种表面蛋白毒力因子，可与胃上皮细胞上的Annexin A2受体结合，促进细菌附着和定植，并诱导丝裂原活化蛋白激酶的激活，这可能有助于胃癌的发生（5）。

总之，表皮葡萄球菌、唾液链球菌和咽峡炎链球菌菌株代表了胃微生物群中的新型菌株，其遗传因素可能影响宿主对胃疾病和癌症的易感性。需要进一步的研究来全面阐明这些菌株在疾病病因和发病机制中的作用。

致谢

本工作得到了R01-6950287、R35CA210088、P30ES002109和P01CA28842（均资助给J.G.F.）的支持