2020 年非洲旱季（8月-11月），津巴布韦西北部发生的35头非洲象大规模死亡事件引发全球对非洲象生存危机的高度关注。当时的研究认为，蔗糖阴性类多杀性巴士杆菌（属于 Bisgaard 分类群 45）可能是引发出血性败血症的元凶，但由于缺乏完整的基因组数据，无法深入解析菌株的致病性特性。如今，一篇发表在《Nature Communications》的研究通过高精度基因组学分析，终于揭开了这起悲剧背后的关键秘密。

一、前期研究的局限性：只组装出单一基因组，关键基因被误读

2023 年，Foggin 团队通过 Illumina 鸟枪法测序，从死亡大象（VF20/112）的肝脾样本中，组装出Bisgaard分类群45基因组的首个基因组草图（VF20HR），但仅VF20HR单个基因组，无法对比爆发菌株与其他菌株的系统发育关系和遗传差异，难以确认菌株是否具备独特的致病性。

Foggin 团队发现VF20HR基因组中包含25个已知多杀性巴氏杆菌毒力因子中的 22 个，其中包含一个编码964个残基蛋白（称为PmHAS）的开放阅读框（ORF），并将其错误注释为透明质酸酶的ORF。透明质酸酶是亚洲牛、水牛出血性败血症的致病关键（由多杀性巴氏杆菌荚膜B血清群产生），若爆发菌株真能产生该酶，将是重要发现。但实际上，PmHAS 编码的是透明质酸合酶，其作用是帮助多杀性巴氏杆菌A血清群形成荚膜——是禽霍乱的致病菌，与最初推测的致病机制完全不同。

二、新研究的突破：多基因组测序+精准分析，锁定菌株特征

1.明确VF20HR基因组亲缘关系

研究团队采用数字 DNA-DNA 杂交（dDDH）技术，推断VF20HR基因组与TYGS数据库中模式菌株的分类关系。结果显示，VF20HR与多杀性巴氏杆菌的三个亚种（多杀亚种、鸡杀亚种、败血亚种）亲缘关系最近，这与此前通过16S rRNA序列分析的结果一致，进一步确认了爆发菌株的分类学背景。

2.大规模测序：覆盖29个基因组，构建系统发育树

为找到爆发菌株的独特性，团队进行了大规模基因组测序，涵盖三类关键样本：大象相关菌株：来自死亡大象VF20/112脑、肝样本的2个Bisgaard分类群45菌株；其他源菌株：6个Bisgaard分类群45菌株以及南非2头猎豹、1头狮子、1头牛犊的4个类巴氏杆菌菌株；参考菌株：包括多杀性巴氏杆菌多杀亚种、鸡杀亚种和败血亚种的近缘模式菌株（表达荚膜A血清群）、8株蔗糖阴性荚膜血清群A分离株、5株现有的表达荚膜血清群E的多杀性巴氏杆菌基因组数据。

系统发育树结果显示：来自大象 VF20/112 的 3 个分离株、狮子分离株、牛犊分离株及6个Bisgaard分类群 45菌株，聚为同一分支；两头猎豹的分离菌株、蔗糖阴性荚膜 A 血清群菌株、荚膜 E 血清群菌株，则形成独立分支。其中蔗糖阴性的多杀性巴氏杆菌败血亚种荚膜血清群A分离株可能代表多杀性巴氏杆菌多杀亚种的山梨醇阴性变异株2，这也解释了为何它们与多杀性巴氏杆菌多杀亚种和鸡亚种的模式菌株关系比与败血亚种的模式菌株更密切；3 个大象菌株在 Bisgaard 分类群 45 分支中形成 “晚分支亚群”，且彼此间不存在单核苷酸多态性变异，提示其为同一克隆株。

3. 致命关键：独特毒素+表面抗原

研究团队进行了Nanopore测序，构建了三个Bisgaard分类群45分离株的完整基因组，包括来自大象VF20/112的20VMG1457/1，并使用Illumina测序数据组装了其余八个Bisgaard分类群45基因组。对注释后的Bisgaard分类群45基因组进行分析显示，这 3 株来自象 VF20/112 的分离株均携带完整的A血清群荚膜生物合成基因座（包含 hyaD 基因）和近乎完整的 L6 基因型脂多糖（LPS）外核心生物合成基因座。在多杀性巴氏杆菌中，透明质酸多糖荚膜和 L6 基因型脂多糖均被认为是重要毒力因子——前者可降低宿主吞噬作用，后者可模拟宿主聚糖以逃脱免疫识别，因此，这两种因子在3株象VF20/112分离株中可能发挥类似功能。

来自大象 VF20/112 的 20VMG1457/1 菌株与其他 8 株 Bisgaard 45 类群菌株进行比较基因组分析，发现 3 株象源分离株共享 42 个特有基因，其中5个位于一个水平转移获得的基因岛上，该基因岛包含两个 rtxA 样基因（DOKOJH_04955 和 DOKOJH_04980）编码重复毒素（RTX）蛋白，这些蛋白与脑膜炎奈瑟菌（Neisseria meningitidis）临床分离株的 FrpC 蛋白高度同源。FrpC 毒素需钙离子激活，能通过 “剪切-交联” 作用影响宿主蛋白，而大象菌株的RTX蛋白不仅保留了FrpC的关键加工片段，还携带rtxB、rtxD基因（负责毒素分泌），可高效释放毒素。

大象菌株还含有完整的荚膜 A 血清群合成基因座（与抗吞噬有关）、近完整的 L6 型脂多糖外核合成基因座（与免疫逃避有关），这些毒力因子与独特毒素结合，共同造就了这个 “高毒克隆菌株”。其余独特基因有多个参与表面抗原的生物合成和转运（如葡萄糖基转移酶、外膜蛋白、菌毛、纤毛和分泌系统），这些可能在暴发菌株的毒力中发挥作用。 

三、未解问题与未来方向：从 “追溯” 到 “预防”

尽管研究揭开了大象死亡的核心机制，但仍有关键问题待解答：比如 FrpC 样蛋白是否帮助细菌突破血脑屏障（此前在大象脑组织中检测到高浓度 Bisgaard 分类群 45 细菌）？表观遗传机制（如 phase variation 基因开关）是否影响菌株的侵袭能力? 对此，研究团队提出未来的研究方向：

（1） 筛查当地野生动物：检测健康大象、狮子、豹子等潜在宿主，明确爆发菌株的流行范围和传播链；

（2） 全基因组追踪：对更多巴斯德菌属菌株进行测序，找出引发大规模死亡的关键毒力基因和突变事件——这不仅能解释此次大象死亡，还能为 2015 年哈萨克斯坦 20 万赛加羚羊死亡等类似事件提供参考；

（3） 疫苗研发：基于明确的毒力因子，设计针对性疫苗，为非洲象等濒危物种提供保护。

结语

从 35 头非洲象的离奇死亡，到基因组学技术锁定 “高毒克隆菌株”，这项研究不仅为这起生态悲剧找到了科学答案，更重要的是，搭建了 “微生物基因组学-野生动物保护” 的桥梁。它提醒我们，野生动物大规模死亡背后，可能隐藏着微生物进化的 “致命突变”，而只有通过精准的科学研究，才能为濒危物种筑起坚实的保护屏障。

参考文献：

Rasmussen A, Roer L, Angen Ø, et al. Genomic insights into the 2020 mass die-off event among African elephants[J]. Nature Communications, 2025, 16(1): 8525.