综述：金黄色葡萄球菌转录组学与单细胞测序技术研究进展

　　（推荐语）本综述系统梳理了金黄色葡萄球菌(S. aureus)研究中的基因组学技术演进，重点解析转录组学(RNA-seq)和单细胞测序(scRNA-seq)在揭示MRSA/VISA耐药机制、宿主-病原体互作及种群异质性中的突破性应用，为开发新型抗感染策略提供技术路线图。

　　

ABSTRACT

金黄色葡萄球菌(S. aureus)作为全球重要的人类致病菌，其耐药性问题日益严峻。过去20年间，基因组学和转录组学技术显著推动了对其共生特性与致病机制的理解。本文聚焦转录组学和单细胞测序技术的应用历程，系统阐述这些方法在揭示耐药机制、毒力调控及种群异质性方面的关键发现。

INTRODUCTION

作为革兰阳性兼性厌氧菌，S. aureus常定植于皮肤和上呼吸道，同时也是导致从皮肤感染到败血症等多种疾病的机会致病菌。该菌通过产生免疫逃逸因子和快速获得耐药性（如blaZ介导的青霉素耐药、mecA介导的甲氧西林耐药）对临床治疗构成挑战。2019年全球疾病负担研究显示，S. aureus相关死亡达110万例。分子分型技术（PFGE、MLST、spa分型）的演进为追踪流行克隆演变奠定了基础，而全基因组测序(WGS)正在逐步取代传统分型方法。

WHOLE-GENOME SEQUENCING

自2001年N315和Mu50菌株完成全基因组测序以来，测序成本从每兆碱基>5000美元降至0.006美元。第三代测序技术（PacBio、ONT）通过长读长优势解决了重复序列组装难题，例如Alves团队利用该技术发现巨噬细胞内存活的小菌落变异体(SCVs)存在DNA甲基化修饰。WGS在临床中的应用包括：

• •

  耐药基因检测（与表型药敏试验一致性>90%）

• •

  流行克隆追踪（如噬菌体80/81型克隆的全球传播）

• •

  毒力因子鉴定（通过cgMLST分析1861个核心基因）

MICROARRAYS

早期DNA微阵列技术通过杂交策略实现了：

1. 1.

   证实MRSA多次独立获得mec元件（Fitzgerald研究）

2. 2.

   解析agr/sarA调控网络（Dunman发现20个新型毒力相关基因）

3. 3.

   宿主互作研究（如肺部感染中上调的黏附因子基因）

RNA SEQUENCING

RNA-seq技术克服了微阵列的检测限问题，其优势在于：

• •

  检测低丰度转录本（如鼻腔定植菌群中的稀有mRNA）

• •

  双RNA-seq同步分析宿主-病原体基因互作（如发现S. aureus通过perR抵抗宿主氧化应激）

• •

  单核苷酸分辨率揭示调控异构体

单细胞RNA sequencing

细菌scRNA-seq面临mRNA含量少（仅占全RNA 5%）、半衰期短（对数生长期<5分钟）等挑战。现有技术可分为：

split-pool barcoding

• •

  PETRI-seq：通过二次链合成捕获S. aureus原噬菌体激活亚群（占0.04%）

• •

  RiboD-PETRI：rRNA探针去除使mRNA占比从10%提升至92%

• •

  BaSSSh-seq：专为生物膜研究设计，发现巨噬细胞共培养时nos基因显著上调

微流控技术

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  BacDrop：RNase H预处理使E. coli mRNA检出率提升至80%

• •

  smRandom-seq：Cas9介导的rRNA去除使S. aureus mRNA检出量达393 UMI/细胞

结论与展望

单细胞技术将推动解决：

1. 1.

   抗生素耐受：异质性VISA(hVISA)亚群的转录特征

2. 2.

   宿主适应：空间转录组技术（如MERFISH）解析器官特异性感染机制

3. 3.

   免疫逃逸：中性粒细胞裂解相关的细菌效应分子鉴定

   随着杂交捕获探针优化和自动化平台发展，未来单细胞技术有望在耐药防控、疫苗设计等领域实现突破性应用。