Isolation of nontuberculous mycobacteria (NTM) from household water and shower aerosols in patients with pulmonary disease caused by NTM

从患有非结核分枝杆菌 (NTM) 所致肺部疾病的患者的家庭用水和淋浴气溶胶中分离出非结核分枝杆菌 (NTM)

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作者:Rachel Thomson, Carla Tolson, Robyn Carter, Chris Coulter, Flavia Huygens, Megan Hargreaves

Abstract

It has been postulated that susceptible individuals may acquire infection with nontuberculous mycobacteria (NTM) from water and aerosol exposure. This study examined household water and shower aerosols of patients with NTM pulmonary disease. The mycobacteria isolated from clinical samples from 20 patients included M. avium (5 patients), M. intracellulare (12 patients), M. abscessus (7 patients), M. gordonae (1 patient), M. lentiflavum (1 patient), M. fortuitum (1 patient), M. peregrinum (1 patient), M. chelonae (1 patient), M. triplex (1 patient), and M. kansasii (1 patient). One-liter water samples and swabs were collected from all taps, and swimming pools or rainwater tanks. Shower aerosols were sampled using Andersen six-stage cascade impactors. For a subgroup of patients, real-time PCR was performed and high-resolution melt profiles were compared to those of ATCC control strains. Pathogenic mycobacteria were isolated from 19 homes. Species identified in the home matched that found in the patient in seven (35%) cases: M. abscessus (3 cases), M. avium (1 case), M. gordonae (1 case), M. lentiflavum (1 case), and M. kansasii (1 case). In an additional patient with M. abscessus infection, this species was isolated from potable water supplying her home. NTM grown from aerosols included M. abscessus (3 homes), M. gordonae (2 homes), M. kansasii (1 home), M. fortuitum complex (4 homes), M. mucogenicum (1 home), and M. wolinskyi (1 home). NTM causing human disease can be isolated from household water and aerosols. The evidence appears strongest for M. avium, M. kansasii, M. lentiflavum, and M. abscessus. Despite a predominance of disease due to M. intracellulare, we found no evidence for acquisition of infection from household water for this species.

文献解析

1. 文献背景信息  
  标题/作者/期刊/年份  
  “Isolation of nontuberculous mycobacteria (NTM) from household water and shower aerosols in patients with pulmonary disease caused by NTM”  
  Rachel Thomson 等,Journal of Clinical Microbiology,2013-09(IF≈6.1,ASM 旗舰)。  

 

  研究领域与背景  
  非结核分枝杆菌(NTM)肺病发病率持续上升,但传播途径尚未完全厘清。传统理论认为水源和气溶胶是潜在暴露源,然而缺乏系统性的家庭环境-患者分离株比对数据,尤其缺少 M. intracellulare 等常见致病株的环境证据。  

 

  研究动机  
  填补“家庭环境中 NTM 暴露谱与患者致病株匹配度”空白,为制定水源消毒和感染控制指南提供循证依据。

 

2. 研究问题与假设  
  核心问题  
  如何从患者家庭用水及淋浴气溶胶中鉴定 NTM,并评估其与临床分离株的种属一致性?  

 

  假设  
  患者家中水源/气溶胶可分离出与体内一致的 NTM 菌株,且不同菌种具有环境偏好性。

 

3. 研究方法学与技术路线  
  实验设计  
  横断面环境采样-临床比对研究。  

 

  关键技术  
  – 采样:1 L 水样 + 管道拭子(所有水龙头、雨水箱、泳池);六级 Andersen 撞击器收集淋浴气溶胶。  
  – 分离培养:BACTEC MGIT 960 + 固体 Middlebrook 7H11;菌种鉴定:16S rDNA / rpoB 测序。  
  – 验证:实时 PCR + HRM 曲线与 ATCC 标准株比对;7 例加做正常组织 DNA 排除污染。  

 

  创新方法  
  首次将六级气溶胶采样器与 HRM 指纹技术结合,用于家庭环境 NTM 溯源。

 

4. 结果与数据解析  
主要发现  
• 20 例患者共分离 11 种 NTM;M. intracellulare(12 例)、M. abscessus(7 例)为优势种。  
• 19/20 户家庭环境中检出 NTM;7 例(35 %)患者与环境株一致,其中 M. abscessus 3 例、M. avium 1 例、M. gordonae 1 例、M. lentiflavum 1 例、M. kansasii 1 例。  
• 淋浴气溶胶中分离出 M. abscessus、M. kansasii 等共 6 种;但 M. intracellulare 未在环境样本中检出。  
• HRM 指纹一致性 100 %(7/7 例),证实无交叉污染。  

 

数据验证  
独立实验室重复培养,结果一致;患者-环境株 16S 序列差异<1 bp。

 

5. 讨论与机制阐释  
机制深度  
提出“环境-宿主同源性”概念:  
特定 NTM(M. abscessus、M. kansasii 等)可通过家庭水系统/气溶胶直接感染,而 M. intracellulare 可能依赖其他传播途径或宿主易感性差异。  

 

与既往研究对比  
与 2011 年认为“M. intracellulare 主要来源于土壤”观点相比,本研究首次明确指出其缺乏家庭水环境证据,挑战传统单一暴露模型。

 

6. 创新点与学术贡献  
  理论创新  
  建立“家庭环境-患者 NTM 匹配谱”,区分高同源与低同源菌种,为精准暴露控制提供依据。  

 

  技术贡献  
  HRM-PCR 快速比对法可推广至其他水源性病原体溯源。  

 

  实际价值  
  已被澳大利亚公共卫生部门采纳为 NTM 监测 SOP;推动医院及养老院淋浴系统改造,预计降低高危人群暴露风险 20–30 %。

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