南非土壤中Emergomyces africanus的检测及其生态意义研究

作者及发表信息
本研究由Ilan S. Schwartz（加拿大曼尼托巴大学、比利时安特卫普大学）、Barbra Lerm（南非斯泰伦博斯大学）、J. Claire Hoving（南非开普敦大学）等来自多国机构的学者合作完成，发表于《Emerging Infectious Diseases》2018年2月第24卷第2期。研究团队涵盖真菌学、传染病学及生态学领域的专家。

学术背景
Emergomyces africanus（原名Emmonsia sp.）是一种嗜热双相性真菌（thermally dimorphic fungus），可导致HIV感染者发生系统性真菌病（systemic mycosis），在南非具有高致死率。尽管其临床重要性已被确认，但该真菌的自然生态位（ecological niche）尚未明确，土壤被认为是其菌丝相的潜在储存库。本研究旨在通过分子与培养技术，首次系统性调查南非土壤中E. africanus的分布特征，并探索其与人类感染的关联。

研究流程与方法
1. 样本采集与处理
- 采样范围：共采集60份土壤样本，覆盖南非西开普省（82%）、豪登省（7%）、东开普省（7%）等地，包括花园、农田、堆肥等多种生境。
- 样本处理：使用无菌管收集表层土壤（约100 mL/份），通过ZR Soil Microbe DNA Miniprep Kit提取DNA，56份样本（93%）成功提取。

1. 分子检测

   • 巢式PCR（nested PCR）：
     
     • 第一轮扩增：采用通用引物ITS1/ITS4靶向核糖体RNA的内转录间隔区（ITS region）。
       
     • 第二轮扩增：使用E. africanus特异性引物（正向：5′-CCTGGTTTGGGGAGAGGGGT-3′；反向：5′-CCGGGGGAGCTCTTGCTCT-3′），退火温度57°C。
       
   • 灵敏度验证：PCR可检测低至10²–10⁴个分生孢子/10 g土壤（技术附录数据支持）。
     

2. 培养实验

   • 直接培养：选用沙氏琼脂（Sabouraud agar）培养4份随机样本，26°C孵育4周，均被其他丝状真菌污染。
     
   • 间接培养：
     
     • 浮选法（flotation method）：分离土壤分生孢子，接种沙氏琼脂和脑心浸液（BHI）平板，仍无法避免污染。
       
     • 小鼠传代（mouse passage）：将土壤悬液腹腔接种Balb/c与C57BL/6小鼠，2周后取肝脾组织培养，未分离到目标菌株。
       

3. 动物模型验证

   • 实验性接种E. africanus分生孢子（临床分离株CAB 2141）显示：
     
     • C57BL/6小鼠比Balb/c更易感，表现为显著体重下降和高死亡率（p<0.05）。
       
     • 证实该菌株的致病性及宿主遗传背景对感染结局的影响。
       

主要结果
1. 分子检测阳性率：18份样本（32%）检出E. africanus DNA，分布于所有生境类型，其中花园土壤阳性率最高（7/36）。
2. 地理分布：阳性样本与患者居住地（西开普省开普半岛）存在空间重叠（图1），提示环境暴露风险。
3. 培养挑战：传统与间接培养均失败，凸显土壤中分离病原真菌的技术瓶颈。
4. 动物实验：小鼠模型证实E. africanus的致病性，但土壤传代未成功，可能因菌量不足或土壤基质干扰。

结论与意义
1. 科学价值：
- 首次证实E. africanus广泛存在于南非多种土壤生境，支持“土壤为自然储存库”的假说。
- 建立高灵敏度PCR检测方法，为后续生态研究提供技术框架。
2. 应用价值：
- 为HIV高流行区的真菌病防控提供环境风险评估依据。
- 揭示培养法的局限性，推动分子技术在环境病原体监测中的应用。

研究亮点
1. 方法创新：结合分子检测与动物模型，多维度验证环境病原体存在。
2. 发现新颖性：首次报道E. africanus的土壤分布特征及其与临床病例的空间关联。
3. 跨学科合作：整合真菌学、分子生物学及流行病学方法，为罕见病原体研究提供范式。

局限性
样本量偏小（尤其非西开普省地区），且便利抽样可能引入偏差。未来需扩大随机采样以精确界定该菌的生态位。

其他价值
研究强调环境病原体检测中分子技术的优势（快速、灵敏）与不足（无法确认活性），为类似病原体（如Coccidioides immitis）的研究提供参考。

（注：术语首次出现均标注英文原词，如“嗜热双相性真菌（thermally dimorphic fungus）”）