基于MALDI-TOF MS蛋白质组学的鸡源产ESBL大肠杆菌表型差异与系统发育特征研究

《Scientific Reports》：Differences and fingerprints of ESBL-producing E. coli from chicken faeces

本研究针对鸡粪便中产超广谱β-内酰胺酶（ESBL）大肠杆菌的快速鉴定与表型特征分析难题，通过MALDI-TOF MS蛋白质组学技术结合主成分分析（PCA），首次系统揭示了土耳其杜兹杰地区鸡源ESBL-E. coli的基因分布规律（blaCTX-M占比88.5%）及菌株间蛋白质表型异质性，为食源性耐药菌传播机制研究提供了高效技术路径，对公共卫生安全监测具有重要实践价值。

　　

在全球化背景下，抗生素耐药性（AMR）已成为威胁人类健康的重大公共卫生危机。有预测显示，到2050年全球每年将有1000万人死于AMR相关感染。其中，大肠杆菌（E. coli）作为人畜共患病原体，在食物-环境-人类交互传播中扮演关键角色，特别是其携带的超广谱β-内酰胺酶（ESBL）基因可通过质粒水平转移，导致第三代头孢菌素治疗效果失效。传统基因分型方法如全基因组测序虽精确但成本高昂，而基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱（MALDI-TOF MS）技术通过分析细菌保守核糖体蛋白的“分子指纹”，为快速表征菌株表型差异提供了新思路。

本研究由Nigde Omer Halis Demir大学医学院的Nisa Sipathi与土耳其卫生部公共卫生总局的Yasemin Numanoglu Cevik合作，聚焦土耳其杜兹杰地区屠宰场的鸡粪便样本，首次系统探索产ESBL大肠杆菌的基因分布特征及其蛋白质表型关联。研究团队通过表型筛选、基因扩增（PCR）和MALDI-TOF MS蛋白质谱分析，结合主成分分析（PCA）和复合相关性指数（CCI）计算，揭示了菌株间的系统发育关系。

关键技术方法包括：从130份鸡肠道内容物样本中分离培养E. coli，通过CLSI推荐的纸片扩散法进行ESBL表型确认；针对bla_CTX-M、bla_TEM、bla_OXA-10等7种β-内酰胺酶基因进行PCR检测；利用MALDI-TOF MS获取菌株蛋白质质谱数据，通过PCA和CCI分析构建菌株聚类模型。

菌株鉴定与ESBL流行率

从122株鸡粪便大肠杆菌（CFEC）中鉴定出35株（28.6%）产ESBL菌株（CFEC-ESBL）。PCR检测显示bla_CTX-M基因占比最高（88.5%），且多数菌株携带多种耐药基因（如bla_CTX-M-1、bla_CTX-M-15），仅CFEC-ESBL-90株未检测到目标基因。

蛋白质表型异质性分析

PCA分析显示，ESBL阳性菌株与敏感菌株在蛋白质谱中存在明显聚类差异。其中，CFEC-ESBL-38株（携带bla_CTX-M-15且为唯一吲哚阴性/乳糖阴性菌）与其他菌株方差达41%，在散射图中独立分布；CFEC-ESBL-90株虽表型阳性但基因阴性，与CFEC-ESBL-38株的CCI相似性达87%，提示其可能携带未检测的新型ESBL基因。

生化特征与蛋白质谱关联

异常菌株（如CFEC-ESBL-38和CFEC-ESBL-108）的吲哚阴性、弱过氧化氢酶活性或α-溶血特征与其在PCA中的远离主簇位置相符，表明特定代谢酶（如色氨酸酶、过氧化氢酶）的缺失可能影响蛋白质谱结构。

研究结论与意义

本研究证实MALDI-TOF MS联合PCA可有效区分产ESBL菌株的表型异质性，为快速监测食源性耐药菌传播提供了成本低廉的技术方案。CFEC-ESBL-38和CFEC-ESBL-90等异常菌株的发现，提示需进一步探索其未知耐药机制。该研究首次揭示了土耳其杜兹杰地区鸡源ESBL-E. coli的基因流行特征，为区域性AMR防控策略制定提供了数据支撑，同时凸显了蛋白质组学技术在细菌表型进化研究中的广泛应用潜力。