战胜超级细菌的关键基因线索——质粒测序

来自威尔康桑格研究所和牛津大学大数据研究所的基因组病原体监测中心的研究人员，一起使用基因组测序技术分析质粒和从欧洲医院病人身上采集的肺炎克雷伯菌样本中的细菌染色体。

9月24日发表在《PNAS》上的这项发现揭示了抗生素耐药基因通过质粒在细菌群体中传播的三种不同途径。研究人员说，在追踪抗生素耐药性时，将质粒包括在内是至关重要的，这样才能最大限度地阻止超级细菌。

肠杆菌科细菌家族的成员可以对碳青霉烯类抗生素一线抗生素产生耐药性，并被收入世界卫生组织优先病原体严重疾病名单。在这个家族中，肺炎克雷伯菌是一种机会性病原体，可引起严重疾病，包括肺炎和脑膜炎。

肺炎克雷伯菌通过获得抗生素耐药基因（碳青霉烯酶基因）对碳青霉烯类抗生素产生耐药性，该基因编码一种“吞噬”抗生素的酶。
 
在肺炎克雷伯菌中，这些碳青霉烯酶基因通常存在于质粒上，质粒可以在不同菌株和不同种类的细菌之间“跳跃”，这意味着抗生素耐药基因可以迅速传播，并推动全世界耐药细菌感染的迅速上升。

因此，研究人员在追踪细菌的进化和传播时，必须包括质粒，才能真正了解抗生素耐药基因是如何传播的。然而，由于基因序列的大小和变异性，以前很难对其进行可靠的测序。

现在有了长读测序技术研究人员能够读取并重建质粒的完整序列。

在一项新研究中，基因组病原体监测中心的研究人员和他们的合作者对来自欧洲范围内的79份肺炎克雷伯菌样本进行了长时间的基因组测序。

研究小组从这些样本中产生了完整的质粒序列，并与来自同一调查的1700多份先前的短读测序肺炎克雷伯菌样本一起进行了研究，以了解抗生素耐药基因是如何在欧洲医院的细菌群中传播的。

来自基因组病原体监测中心的第一作者Sophia David博士说：“为了全面了解抗生素耐药性是如何传播的，我们需要考虑质粒的作用。在这项首次在大陆范围内分析质粒遗传序列的研究中，我们发现了抗生素耐药基因通过质粒在肺炎克雷伯菌群中传播的三条主要途径。”包括一个质粒在多个菌株之间跳跃，多个质粒在多个菌株之间传播，以及多个质粒在一个菌株内传播。

来自德国弗赖堡大学的Hajo Grundmann教授说：“这些关于肺炎克雷伯菌抗生素耐药基因传播途径的新见解对于控制抗生素耐药感染的爆发至关重要。了解了这些传播策略，就可以定制干预措施，要么控制显性质粒，控制优势菌株，要么在复杂的情况下，同时控制两者。例如，如果医院爆发疫情，而该菌株携带了一个高风险的质粒，那么该质粒就有可能跳入其他细菌菌株或物种中，那么必须对该菌株或物种进行更多监测。”

研究小组还发现，当碳青霉烯酶基因被高风险菌株获得时，此时，编码碳青霉烯酶基因的质粒最容易传播。这加强了在医疗环境中通过早期检测和严格的感染控制来防止高风险菌株传播的重要性。

基因组病原体监测中心主任、联合首-席作者davidaanensen教授说：“在追踪某些抗生素耐药细菌时，质粒是一个缺失的部分。分析细菌染色体和质粒的遗传序列可以让我们更详细地了解抗生素抗性基因和机制在人群中的传播。细菌的基因组监测应包括质粒和其他移动元件