cgMLST用于中国结核分枝杆菌基因型分型的效果评估

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背景

建立覆盖一个地区，甚至全国的结核病传播监测系统有助于监测结核病的传播动态，实现结核病的精防控。全基因组测序（WGS）已经成为监测传播的主要工具，虽然具有极高的分辨率，但在大规模监测数据分析上存在以下缺陷：一是分析速度慢；二是没有统一的分析流程；三是分析结果储存要求高。而核心基因组多位点序列分型（cgMLST）作为一种分析速度快、结果易标准化且占用存储空间小的基因型分型方法，具备监测大规模结核病传播的潜力，在欧洲地区已证明了该方法的可行性，而在北京型（lineage2）菌株流行为主的地区，其分型效果仍有待评估。本研究评估了cgMLST用于我国不同地区结核分枝杆菌基因型分型的效果。

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方法

结核分枝杆菌临床菌株的WGS数据来源于已发表的在我国5个地区开展的分子流行病学研究。采用已发表的包含2891个核心基因位点的cgMLST分型方案鉴定每株菌株的基因型；单核苷酸多态性（SNP）基因型成簇的阈值为≤12个SNPs；利用受试者工作特征曲线（ROC）分析和流行病学调查数据确定cgMLST基因型成簇的阈值；以SNP分型为标准，计算cgMLST成簇分析的敏感度、特异度及一致率；利用Pegas包计算菌株核苷酸多态性（π值）以评估菌株的遗传多样性，并利用logistic回归分析菌株遗传多样性和谱系对一致率的影响。

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结果

本研究共纳入5个研究现场6240株菌株的WGS数据，分别为深圳市宝安区1696株、上海市松江区2268株、四川省武胜县1270株、黑龙江省五常市694株和西藏自治区312株。以SNP分型为标准，ROC分析和流行病学调查数据确定cgMLST基因型成簇的阈值为≤10个基因位点。与SNP分型比较，cgMLST成簇分析的敏感度和特异度分别为99.6%和96.3%，一致率为97.1%；两种方法的一致率在不同现场存在差异（89.1%~98.7%）。以菌株核苷酸多态性（π值）衡量不同地区菌株的遗传多样性，发现四川省武胜县、上海市松江区和深圳市宝安区分别为2.13×10-4、1.87×10-4和1.60×10-4，高于全国平均水平（1.55×10-4），定义为高遗传多样性地区；黑龙江省五常市和西藏自治区分别为1.34×10-4和1.23×10-4，低于全国平均水平，定义为低遗传多样性地区。logistic回归分析发现菌株谱系对一致率没有明显影响；而一致率与菌株遗传多样相关，高遗传多样性地区菌株成簇的一致率为98.1%（5132/5234），低遗传多样性地区的一致率为92.2%（928/1006）。

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结论

cgMLST基因型分型方法适用于我国结核分枝杆菌临床菌株分型，具有与SNP分型相似的分辨力；其具有分析速度快、结果易标准化，且占用存储空间小等优势，有望更好地在全国范围内实现实时监测结核病传播的目的。