研究背景及目的霍乱是一种引起患者急性腹泻脱水的食源性疾病,在人类近代历史中发生过7次全球大流行,给发展中国家与地区人民的生命健康带来了巨大的损失。霍乱弧菌是引起霍乱的病原菌,在自然界中主要存在于河口等水环境中,通过污染水源与虾、蟹等水产品感染人类。霍乱弧菌在人群中的传播可分为三种不同的模式:第一是全球霍乱大流行,由O1血清群中古典型与EI Tor型霍乱弧菌引起;第二是区域性长期流行;第三是引起散发病例,通常为环境菌株引起,致病性及易感性均弱于前两种。通常来说,区域性流行的霍乱弧菌相比于大流行菌株,传染性及致病性较弱,容易引起人们的忽视,但仍在不断感染人类。有研究指出第二种模式的霍乱弧菌已经在全球范围内传播,具有潜在的疾病风险,需要引起人们的关注,此外,在该类型霍乱弧菌中,非产毒霍乱弧菌占据了相当一部分比例。非产毒霍乱弧菌是指由于缺少霍乱毒素编码基因ctxAB而不能产生霍乱毒素的霍乱弧菌,这种霍乱弧菌毒力通常较弱,但如果基因组中存在肠道定植因子—由tcpA基因编码的毒素共调节菌毛（toxin co-regulator pilus,TCP）,会增加其对人类的潜在致病风险。杭州市霍乱弧菌的流行符合第二种模式,并且主要流行种群为非产毒霍乱弧菌,在2001-2018年间,杭州市霍乱弧菌引起的病例数量总体呈现先上升后下降,之后再次上升的趋势。本研究中,我们对杭州市流行的霍乱弧菌进行了基因组流行病学分析,以期明确杭州市霍乱弧菌的种群多样性与动态变化,为疾病预防工作提供帮助。研究内容与结果1杭州市非产毒霍乱弧菌优势种群的转换在本研究中,我们对88株杭州市2013-2018年间的霍乱弧菌分离株进行了全基因组测序,与先前研究中获得的2001-2012年间119株分离株全基因组序列、以及国际公开发表的1573株霍乱弧菌全基因组序列共同梳理整合,形成1780株霍乱弧菌基因组的数据集用于后续分析。研究结果显示:在2001-2018年间,杭州市致病霍乱弧菌主要为ctxAB基因阴性,tcpA基因阳性菌株,此类菌株可归为L3b与L9谱系,其传播流行可分为两个波次（分别命名为wave1与wave2）。我们发现L3b和L9谱系共同导致了wave1与wave2,但不同波次中优势谱系从L3b转变为L9,wave1期间共分离119株菌,其中L3b菌株82株,占比69%,wave2期间分离88株菌,其中L9菌株44株,占比50%。我们进一步发现,在wave2中,L9谱系获得了关键的Ⅰ型tcp F基因,该基因能够提高霍乱弧菌在肠道中的定植效率,可能与优势种群的转换有关。2非产毒霍乱弧菌谱系菌株可获得CTXφ噬菌体而形成产毒株我们发现L3b和L9谱系中已经出现21%能够产生霍乱毒素的霍乱弧菌,杭州市也发现L3b谱系产毒株的存在,为了进一步探究杭州市L3b谱系中产毒霍乱弧菌产生的原因,我们对其代表性菌株基因组中ctxAB基因的整合机制进行了研究,发现它们获得了携带ctxAB基因的CTXφ噬菌体,而非ctxAB基因单独在基因组中整合。对CTXφ进一步的系统发育分析表明,杭州市CTXφ与大流行谱系中的CTXφ具有较高的同源性,这意味着杭州市L3b谱系中产毒株的形成是由大流行群的CTXφ通过基因水平转移整合到其基因组中,而非L3b谱系中携带的pre-CTXφ进化而来。研究结论与意义本研究运用基因组流行病学方法分析了杭州市2001-2018年间霍乱弧菌种群的组成和动态变化,我们发现杭州市主要流行谱系为L3b与L9,但在2013年后优势种群由L3b转换为L9,tcp F基因可能为造成优势种群发生转换的相关因子,为霍乱弧菌的监测工作与流行病预测提供了新的线索。此外,我们发现,L3b和L9谱系中存在21%的产毒株,并分析了其获得产毒因子的遗传机制。L3b和L9谱系菌株能够引起长期流行,并已在世界范围内传播,表明其在公共卫生领域存在不可忽视的风险,我们的研究为了解此类菌株的遗传多样性,流行模式和致病机制提供了理论基础,为未来疾病的防控工作提供了依据。