市の排水監視では、稀に報告されている不顕性のダービー株が高い地域感染症負荷をもたらしていることが明らかになった

Municipal wastewater surveillance reveals high community disease burden of rarely reported and possibly subclinical Derby strain.

• Sabrina Diemert
• Tao Yan

抄録

腸内病原体のような病原体の臨床サーベイランスは、アウトブレイクや風土病の動向を追跡するために不可欠である。しかし、臨床を中心とした疾患モニタリングでは、重症例の検出に偏り、自己限局性胃腸炎や無症状株の発生率を過小評価してしまう。地方自治体の廃水（MW）中の病原体負荷と多様性をモニタリングすることで、臨床例には反映されない無症候性または不顕性感染症についての洞察を得ることができる。不顕性感染パターンは、ハワイでの1年間のサンプリングキャンペーンでの異常な観察を説明することができるかもしれない。 ダービーはMWの中で最も多いパルス型であったが、サンプリング期間中に臨床で検出されることは少なかった。本研究では、MWから分離された分離株の全ゲノムシークエンシングデータと公開データベースを用いて、ダービー血清型は他の臨床用血清型よりも病原性が低いこと、特に免疫回避と症状産生に関連する遺伝子において病原性が低いことを示し、不顕性サルモネラ症の病原体としての可能性を示唆した。さらに，MWでは，ダービーMLSTの希少な配列型であるST-72が高頻度に検出された（ダービーST-40よりもむしろダービーST-72の方が高頻度であった）．ST-72株はST-40株よりも高い頻度でフィンブリア付着遺伝子を有しており，これらの遺伝子はコロニー化や感染の持続に関与する重要な病原性因子である．しかし、ST-72株はダービー特異的病原性島SPI-23を欠いており、宿主の免疫反応を誘発する。ST-72 の遺伝的特徴を組み合わせることで、明らかな症状を伴わずに感染率が大幅に向上する可能性があり、地域社会での不顕性の持続性を可能にしている。この研究は、不顕性腸疾患のバックグラウンド感染率など、臨床的アプローチではアクセスできない地域社会の感染症情報を提供できる廃水の能力を実証している。廃水に基づく疫学（WBE）は従来、合法的な薬物や違法薬物などの化学物質を検出することで地域社会の健康状態を分析するために使用されてきた。本研究では、不顕性サルモネラ症のパターンを調べるためにWBEを利用できることを示した。ダービーはハワイの廃水から1年間のサンプリング研究で最も多く検出された血清型であり、臨床例はほとんどなかった。比較ゲノム解析の結果、廃水から検出されたダービー株は、重篤な胃腸炎の症状を伴わずに不顕性感染症として持続することができるユニークな遺伝子の組み合わせを持っていることが明らかになった。本研究は、臨床モニタリングでは反映されていない地域感染症の傾向を探るためにWBEを利用できることを示しており、腸管疾患全体の負担や無症状症例の発生率を明らかにしている。

Clinical surveillance of enteric pathogens like is integral to track outbreaks and endemic disease trends. However, clinic-centered disease monitoring biases toward detection of severe cases and underestimates the incidence of self-limiting gastroenteritis and asymptomatic strains. Monitoring pathogen loads and diversity in municipal wastewater (MW) can provide insight into asymptomatic or subclinical infections which are not reflected in clinical cases. Subclinical infection patterns may explain the unusual observation from a year-long sampling campaign in Hawaii: Derby was the most abundant pulsotype in MW but was detected infrequently in clinics over the sampling period. Using whole genome sequencing data of isolates from MW and public databases, we demonstrate that the Derby serovar has lower virulence potential than other clinical serovars, particularly in genes linked with immune evasion and symptom production, suggesting its potential as a subclinical salmonellosis agent. Furthermore, MW had high abundance of a rare Derby MLST sequence type, ST-72 (rather than the more common Derby ST-40). ST-72 isolates had higher frequencies of fimbrial adherence genes than ST-40 isolates; these are key virulence factors involved in colonization and persistence of infections. However, ST-72 isolates lack the Derby-specific Pathogenicity Island SPI-23, which invokes host immune responses. In combination, ST-72's genetic features may lead to appreciable infection rates without obvious symptom production, allowing for subclinical persistence in the community. This study demonstrates wastewater's capability to provide community infectious disease information - such as background infection rates of subclinical enteric illness - which is otherwise inaccessible through clinical approaches. Wastewater-based epidemiology (WBE) has been conventionally used to analyze community health via the detection of chemicals, such as legal and illicit drugs; however, municipal wastewater contains microbiological determinants of health and disease as well, including enteric pathogens. Here, we demonstrate that WBE can be used to examine subclinical community salmonellosis patterns. Derby was the most abundant serovar detected in Hawaii wastewater over a year-long sampling study, with few corresponding clinical cases. Comparative genomics analyses indicate that the normally rare strain of Derby found in wastewater has a unique combination of genes which allow it to persist as a subclinical infection without producing symptoms of severe gastroenteritis. This study shows that WBE can be used to explore trends in community infectious disease patterns which may not be reflected in clinical monitoring, shedding light on overall enteric disease burden and rates of asymptomatic cases.

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