医院感染暴发是指在医疗机构或其科室的患者中，短时间内发生 3 例以上同种同源感染病例的现象。在日常医疗活动中，由于存在不规范的医疗行为或医疗差错，无论是大型综合性医院还是专科小医疗机构，都会出现医院感染暴发的情况，并导致严重的后果。比如 2008 年我国西安交通大学第二附属医院出现了因医院感染导致 8 名新生儿死亡的事件；2017 年浙江省中医院出现了医务人员因违反诊疗常规导致 5 例患者感染人类免疫缺陷病毒的事件，其中 2 例为孕妇。当然，即使在发达国家此类情况也不能避免，如美国于 2013 年暴发了因内镜消毒不合格，导致 39 例患者感染了耐碳青霉烯的肺炎克雷伯菌的医院感染暴发事件^[1]。甚至在 2012 年，美国还出现了因甲泼尼龙注射液被污染导致全美 22 个州的 749 人被感染，其中 64 人死亡的医院感染事件^[2]。因此，医疗机构或医务人员，在发现疑似医院感染暴发时，最重要的是在采取消毒、隔离等常规防控措施的同时，快速准确地确认暴发、追踪到感染源、明确传播途径，及时采取针对性的防控措施，避免事态扩大和出现严重不良后果。

1   传统的同源性分型方法

当出现疑似医院感染暴发时，为了帮助医院感染管理工作者确定是否真的为医院感染暴发，追踪到可能的传染源和传播途径，已经有多种同源性鉴定的方法被用于临床实践，包括脉冲场凝胶电泳、聚合酶链反应（polymerase chain reaction，PCR）技术、多位点序列分型技术以及基于 PCR 技术的 DiversiLab 系统等方法，这些方法在使用的过程中各有优缺点^[3]。然而，一直以来，脉冲场凝胶电泳都被认为是同源性鉴定的“金标准”^[4]，并被广泛用于识别和追踪各类细菌、真菌引起的医院感染暴发。该方法的主要缺点是使用不同的标准化方案或使用不同厂商的限制性内切酶而导致结果不一致，同时该方法还具有耗时较长、操作复杂、不同批次之间可比性较差等缺点，限制了其应用范围。另外，所有这些方法只能帮助我们确定暴发是否真的存在以及可能的传播是如何发生的，不能准确地分析出病原体在一次暴发事件中的传播过程或进化过程，不能据此说明到底是“传播者”还是“受害者”，因此使用这些方法时必须辅以详细的流行病学调查和分析，才能得出比较可靠的结果。因此，我们迫切需要一种快速、准确的方法，在帮助确定暴发的同时，明确感染源和传播途径，并能帮助我们更好地理解病原体的传播过程。

2   病原体全基因组测序（whole-genome sequencing，WGS）概述

基于 WGS 的病原体分型技术，可以提供前所未有的分辨率，可以区分高度相关的谱系^[5]。该技术的核心思想是边合成边延伸边测序，通过大规模序列扩增和实时检测合成链末端的信号，再通过生物信息学分析来获得完整的基因组序列信息^[6]。对病原体的整个基因组进行测序，能快速提供有关病原体鉴定、流行病学分型、药物敏感性等信息，这都是在传统的暴发管理中需要通过多种途径才能实现的。更为重要的是，通过 WGS 检测的耐药性或毒力基因可能不在体外表型测试条件下表达。对于如何将 WGS 运用于医院感染暴发的调查实践，Tang 等^[3]提供了一个很好的思路。

3   WGS 在医院感染暴发调查中的实践

3.1   证实暴发

使用 WGS 方法，可以快速地帮助我们确定是否真的有医院感染暴发存在，即使在没有临床流行病学关联的情况下，也可以通过 WGS 确认大肠埃希菌、霍乱弧菌、肺炎克雷伯菌、结核分枝杆菌、假丝酵母菌等病原体引起的暴发^{[5, 7-10]}。早在 2012 年发表在《新英格兰医学》上的研究显示，使用 WGS 可以帮助感染防控工作者鉴别发生在新生儿重症监护病房内的多例耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（methicillin resistant Staphylococcus aureus，MRSA）感染是否为医院感染暴发^[11]，该研究证实了在 MRSA 的暴发中使用 WGS 的有效性。另外，同年 Snitkin 等^[12]发表的研究证实了 WGS 在耐碳青霉烯肺炎克雷伯菌医院感染暴发中的应用。在该研究中，来自 7 个病房的 18 例患者被 WGS 证实感染同种同源的耐碳青霉烯肺炎克雷伯菌，由于本次暴发涉及的病房众多，这些患者之间并没有明显的流行病学联系，因此使用传统的流行病学方法很难确定暴发真的存在。另外，在该研究中，通过基因组测序的结果，研究者还勾画出了可能的传播路径，将所有感染的患者串联起来。

3.2   排除暴发

在某些情况下，虽然短时间内发生了 3 例及以上的医院感染，从流行病学的角度分析可能存在医院感染暴发的情况，但是在实际的过程中也可能存在假暴发的情况。在一起怀疑医务人员鼻腔定植 MRSA 是引起手术部位感染暴发调查过程中，研究人员通过 WGS 发现，考虑到 MRSA 的自身突变，在过去的 16 年间没有引起手术部位感染的 MRSA 是同种同源的，并且从疑似医务人员鼻腔分离到的 MRSA 与从患者身上分离到的 MRSA 之间并不具有遗传学关联，说明并不是该医务人员引起了手术部位感染的暴发^[13]。

3.3   解释病原体传播模型

在医院感染暴发时，我们通过流行病学调查可以推断出病原体在患者之间的传播关系，然而，很少有研究显示，在未出现暴发时，医务人员或环境是如何把病原体传给患者的。在英国某重症监护病房和一个独立病区内开展了 14 个月的研究，通过采集医务人员鼻拭子、患者和环境标本，通过 WGS 分析 MRSA 在医务人员、环境和患者之间传播的关系；该研究发现了在日常情况下有 25 起传播发生，包括 7 例医务人员引起的传播、2 例环境引起的传播以及 16 例次患者之间的传播^[14]。从传播机制来说，一项通过 WGS 分析耐碳青霉烯肺炎克雷伯菌暴发的研究显示，该菌可通过水平转座（Tn4401a）、质粒扩散（pKpQIL-D2）以及克隆传播（ST661）等方式扩散开来^[15]。

3.4   明确感染源

明确感染源或环境储源，对于控制医院感染暴发来说至关重要。在部分的暴发案例中，仅使用传统的流行病学方法就能够帮助我们解决相关的问题，但是大部分的暴发都不能追踪到明确的感染源。即使从环境中分离到了相同的病原体，使用传统的同源性鉴定方法也仅能说明二者具有一定的相关性，并不能说明相互之间的因果关系。2013 年，Harris 等^[16]通过 WGS 分析，不但证实了一起发生在特殊婴儿护理单元的涉及 26 例患者的 MRSA 感染暴发，并且研究者还追踪到 1 名携带 MRSA 的工作人员是导致本次暴发的原因，同时也是在采取彻底清洁消毒后暴发仍然持续发生的主要原因。在另一起发生在新生儿监护室的铜绿假单胞菌引起的医院感染暴发中，由于从环境中分离到多个菌株，通过 PCR 的方法很难确定哪一个是“凶手”，最后通过 WGS 才发现 1 株分离自水池的铜绿假单胞菌是引起感染暴发的主要原因，这帮助感染控制人员重新聚焦了防控措施的范围，从而快速、有效地控制了暴发^[17]。其他通过 WGS 追踪到感染源的研究还有很多，比如由内镜污染耐碳青霉烯肺炎克雷伯菌引起的经内镜逆行性胰胆管造影患者的感染^[18]、医院水源污染军团菌引起的医院感染暴发^[19]、由大面积环境污染导致耐万古霉素肠球菌感染引起的暴发^[20]等。

3.5   证实医院感染暴发与医疗设备或器械相关

在医院感染暴发发生时，除了常见的医院内感染源外，外源性的污染源也可能会引起这类恶性事件。最典型的自 2006 年以来，由于人工心肺机热交换水箱系统在出厂前被奇美拉分枝杆菌污染，引起了美国、加拿大、法国、英国、瑞士、荷兰、德国、澳大利亚以及中国香港地区数百名患者在心脏术后发生的手术部位感染^[21]。由于该菌生长速度较慢，引起感染的潜伏期较长，给调查带来了困难。在多国感染控制人员的共同努力下，通过流行病学调查和 WGS 分析，以及对该厂商的生产场地进行采样以及采样分离菌的 WGS 分析，最终确定 Socket 3T 热交换水箱系统（德国 LivaNova 公司）是引起暴发的元凶^[22]，该热交换水箱系统在生产过程中就被奇美拉分枝杆菌污染。在 Li 等^[23]开展的一项暴发调查中，研究人员同时使用脉冲场凝胶电泳和 WGS 证实了食物、环境和感染患者病原体之间的同源性，并追踪到引起暴发的感染源为贩卖冰淇凌的机器，这也是为什么采取了清洁消毒措施后暴发持续的原因。同时该研究者还发现，引起本次感染的李斯特菌在 2 个冰淇凌机制造厂之间有相互传播的现象。另有一次发生在瑞士的医院感染暴发调查显示，通过 WGS 发现，来自 22 名患者和 16 株从手套中分离到的洋葱伯克霍尔德菌之间<19 个等位基因，与另外 13 个不相关的临床菌株差异超过 1 500 个等位基因明显不同^[24]，证实了感染暴发的来源是商业化的手套。

4   WGS 用于医院感染暴发的主要优缺点

与传统的分子生物学方法相比，WGS 具有明显的优势，主要包括：① 比传统方法更准确地确认暴发是否发生，同时提供更多的目标干预信息；② 提供信息，帮助理解传播动力学；③ 准确定位传染源。在一起由基利恩帚枝霉菌（Sarocladium kiliense）引起的 18 例患者血流感染的暴发案例中，虽然由于是少见病原体引起的感染，没有与非暴发菌株进行比较，但是通过 WGS 分析最终确认了暴发源是被污染的药物，而同时使用的多位点序列分型技术分析对暴发的调查没有什么益处^[25]。另有一起调查实体器官移植中耐利奈唑胺和万古霉素的肠球菌引起的医院感染暴发的研究显示，我们常用的 VITEK2 系统在检测利奈唑胺的耐药性方面存在一定的缺陷，而使用 WGS 证实了在 23S 核糖体 RNA 中具有 G2376C 的突变^[26]，该研究更加强化了 WGS 技术在感染控制和患者照护中的应用价值。

当然，该技术在实际应用过程中也面临着一定的挑战^[3]。首先，实验室需要配置可以使用基因组测序的设备及技术人员，包括数据分析软件和硬件等，当然现在第三方独立实验室能够部分帮助解决这个问题。其次，必须能将测序结果准确、快速地解释并传达给医院感染管理人员或相关从业人员，这些人必须能整合生物信息学数据和流行病学数据，弥补基因组学和现实生活中感染控制的差距。

5   国内现状及发展方向

国内已经有医院使用 WGS 开展医院感染暴发的调查，如中日友好医院发生艰难梭菌医院感染暴发时，通过流行病学调查和 WGS，在证实暴发的同时，理清了传播的模式，并追踪到污染的厕所、浴室和传达室的设备是引起传播的主要原因，为感染控制工作指明了方向^[27]。将来，虽然前文中提到的挑战仍然存在，但是随着测序技术的不断完善以及各种新的计算策略的制定，相信越来越多的医疗机构会使用 WGS 技术来开展医院感染暴发的调查。从事医院感染预防与控制的人员，也会逐渐熟悉该技术，了解其功效和界限，从而将其运用到日常的工作当中。