全基因组测序：预防食源性疾病暴发的利器

编者按：根据最近世界卫生组织发布的一份报告，全球范围内的食品安全问题尤其严重。而未来，全基因组测序（WGS）可帮助减轻这种情况。
最近，世界卫生组织发布的一份报告，将威胁人类健康和生命的矛头直指受到污染的食品。报告称，全球范围内每年有多达6亿人因食用受到污染的食品而生病，全球每年有42万人因食源性疾病死亡，包括五岁以下儿童12.5万人。
未来，全基因组测序（WGS）可帮助减轻这种情况。作为一种新工具，全基因组测序（WGS）在食品安全会议上受到广泛地关注，在食源性疾病暴发相关的新闻中也常被提及。WGS正被监管机构例如食品与药物管理局（FDA）和疾病预防控制中心（CDC）利用，以鉴定引起食源性疾病的菌株。
DNA测序技术自从20世纪70年代被发明以来，得到了迅速发展。2003年，人类WGS项目完成。2004年左右，下一代测序技术(NGS)出现。高通量桌面型测序仪和用于复杂数据组装和分析的软件的开发，使科学家可以以更低的成本和更快的速度得到测序结果，也使研究机构进一步地将测序技术用于各个领域，包括食品安全。
WGS的一个优点是：它能够揭示一个活体的完整DNA序列。目标生物体，例如细菌的遗传信息可以被用来进行突变、毒性特点和耐药性分析。基于WGS进行单核苷酸多态性分析（SNPs）有助于理解目标生物体的进化史。
SNPs可以作为生物标志物，用于鉴别生物亚型，与其他相关生物进行比较分析。其他的鉴别亚型的分子技术，例如脉冲场凝胶电泳（PFGE），在区分高度相关的生物（比如沙门氏菌）时具有局限性，因为这些技术仅分析某些特定的基因片段。
WGS的另一个优点是：生物体的测序数据被上传和保存在公共数据库（比如FDA GenomeTrakr）中。研究人员可以共享进行实时分析，在疾病暴发时可以更快地采取行动，鉴定致病微生物。WGS也可以用于解决环境病原体污染事件。使用WGS更好地了解致病菌的毒力因子，有助于开发预防食源性疾病暴发的策略。由于测序技术还在不断地完善中，其面临的主要挑战可能是建立国家或者全球通用的测序方法、数据分析和数据处理/储存的标准和质量门槛。
为了控制细菌病原体最少化，许多食品公司采用各种控制方案，包括原材料采样和测试。对从样本中分离出的细菌进行WGS，可以得到检测到的病原体的详细信息，进而与公共数据库中的基因组信息进行比较。监管部门也可以对WGS结果与食源性疾病病例数据库进行比对，或能揭露潜在的污染路径或来源。
      WGS也可以揭示出并不是来自制造设备或者原材料的病原体。不像过去的指纹技术，WGS可以表明不同细菌的实际相关性。随着对更多的生物体进行测序，公共数据库将变得足够强大，可以显示出病原体或类似病原体的可能来源。
    2008年4月，美国疾病预防控制中心和州政府官员调查了一起圣保罗沙门氏菌（SalmonellaSaintpaul）导致的疾病暴发事件，进行了个案调查、病例-对照研究和聚集病例调查。初步结果显示西红柿是导致此次暴发的原因。但后来确定病源是来自墨西哥的辣椒和胡椒。这种误认阻碍了公共健康部门及时地找到真正的元凶。这次事件导致1442个人确诊和至少286个人住院，如果使用WGS得到更精确的信息，或许就能更快地找到病源，减少危害。
    这次事件导致西红柿产业遭受了巨大的经济损失。尽管FDA说一些西红柿品种是安全的，但许多消费者不再买任何西红柿。佛罗里达西红柿交易中心估计损失了5亿美元，这相当于西红柿一整年的市值。如果WGS显示，相似的测序结果出现在墨西哥而不是佛罗里达，出现在辣椒中而不是西红柿中，这种情况会有所不同。当然，这些线索必须有流行病学证据的支持，但是，可以乐观的讲，WGS可以提供信息，协助研究人员的调查和保障公共健康。
    用于此次西红柿-辣椒污染事件调查的分子工具是被称作“黄金标准”的PFGE方法。然而，WGS已在改变公共卫生微生物学，它在鉴别病原体亚型方面的精确度高于PFGE。2015年9月，新的疫情暴发，涉及到加利福尼亚一家奶酪制造商。两个环境样本的WGS分析表明，李斯特菌（Listeria monocytogenes）和这次暴发有很大的关系。WGS分析还确定，来自2010年同一设备的五个环境样本和导致这次疫情的株菌具有高度的相关性。这些结果在过去是很难得到的。未来，WGS将允许监管机构和业界对导致食源性疾病的微生物进行更加精确的鉴定。
（责任编辑：wzx）