表型标记将鼠伤寒沙门氏菌(Salmonella Typhimurium)的分离株错误地分类为伤寒沙门氏菌(S. Typhi),但在肯尼亚西部的一项败血症研究中,通过全基因组测序正确地识别出了这些分离株
《PLOS Global Public Health》:Phenotypic markers misclassify isolates of Salmonella Typhimurium as S. Typhi, but were correctly identified by whole genome sequencing during a septicemia study in western Kenya
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时间:2025年10月24日
来源:PLOS Global Public Health 2.5
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抗药性鉴定中全基因组测序与血培养法的差异研究:以肯尼亚儿童血液样本为例,比较分型法(AST)与WGS在细菌物种鉴定及耐药基因检测中的准确性,发现AST易误判Salmonella Typhimurium为Spp或Typhi,而WGS正确识别并检测到耐药基因,提示需结合基因型与表型数据指导治疗。
全球抗菌耐药性(AMR)已成为一个日益严重的公共卫生威胁,据估计每年导致约70万例死亡。尽管血液培养(BCs)是诊断血流感染和推断抗菌敏感性测试(AST)的金标准,但在某些情况下,该方法可能无法区分具有相似生化特征的细菌。本研究比较了表型方法(AST)和全基因组测序(WGS)在细菌种类鉴定和AMR评估中的应用。研究对象是来自肯尼亚西部地区和维多利亚湖周边县立转诊医院的儿童,他们在入院时曾被开具抗生素。通过BD Bactec 9050设备进行血液培养,随后使用BD Phoenix 100系统进行AST分析。在960份血液培养样本中,仅有17份菌株被用于WGS分析,使用的是牛津纳米孔PromethION平台。BD Phoenix系统将这些菌株鉴定为:4株大肠杆菌(*Escherichia coli*)、8株伤寒沙门氏菌(*Salmonella enterica* serovar Typhi)、1株未明确分类的沙门氏菌、3株金黄色葡萄球菌(*Staphylococcus aureus*)和1株肺炎链球菌(*Streptococcus pneumoniae*)。然而,WGS结果显示这些菌株中9株属于沙门氏菌,具体为*Salmonella enterica* serovar Typhimurium。此外,WGS还检测到了一些AST系统未能识别的耐药基因。这些结果表明,BCs可能无法准确鉴定沙门氏菌的血清型,从而影响对AMR的判断。
细菌种类的正确鉴定对于感染的准确归因和流行病学追踪至关重要。然而,某些细菌在传统培养方法下可能表现出相似的生化特征,导致难以区分。例如,沙门氏菌的不同血清型在生化特性上非常接近,使得仅凭表型或化学特性进行区分变得困难。尽管血清型技术在区分沙门氏菌的两个亚种(如Typhi和Typhimurium)方面具有高度准确性,但该方法在常规临床实践中并不常用。此外,一些商业化的检测系统可能未包含Typhimurium,或错误地将其鉴定为Typhi,从而导致对Typhimurium流行病学负担的低估。正确分类对于理解不同沙门氏菌血清型的临床表现、流行病学特征和治疗需求尤为重要,因为它们在人体内的感染方式和治疗策略可能有所不同。例如,Typhimurium通常引起胃肠道感染,表现为腹泻、腹痛、发热和呕吐,而Typhi则主要引起系统性感染,影响多个器官。
本研究还发现,表型和基因型在耐药性评估方面存在一定的不一致。尽管所有沙门氏菌菌株在表型上对β-内酰胺类抗生素表现出100%的敏感性,除了对氨苄西林、头孢唑林和头孢呋辛有88.9%、100%和100%的耐药性,但WGS检测到了多个耐药基因,这些基因可能在某些情况下影响抗生素的效果。此外,所有沙门氏菌菌株对氨基糖苷类抗生素(如阿米卡星和庆大霉素)表现出100%的耐药性,而对甘氨酰环素类抗生素(如替加环素)则表现出100%的敏感性。然而,WGS检测到了与替加环素耐药相关的多个基因,这表明即使在表型上对替加环素敏感的菌株中,也可能存在潜在的耐药机制。
在大肠杆菌(*Escherichia coli*)的耐药性分析中,所有菌株对氨基糖苷类抗生素表现出100%的敏感性,但对β-内酰胺类、磺胺类和喹诺酮类抗生素的耐药性差异较大。尽管表型上对这些抗生素表现出高敏感性,但WGS检测到了多个与耐药相关的基因,这些基因可能在某些情况下影响抗生素的效果。例如,所有大肠杆菌菌株都携带*rsmA*基因,该基因已知与磺胺类抗生素(如复方新诺明)的耐药性有关。此外,所有大肠杆菌菌株都表现出对喹诺酮类抗生素的耐药性,这与当前全球范围内广泛存在的耐药性趋势相符。
金黄色葡萄球菌(*Staphylococcus aureus*)的耐药性分析显示,所有菌株对氨苄西林和青霉素表现出完全耐药性,但对头孢他啶和头孢西丁则表现出敏感性。此外,这些菌株对磺胺类抗生素(如复方新诺明)和四环素表现出耐药性,但对克林霉素、大环内酯类和肽类抗生素则未检测到耐药基因。这表明,尽管表型上对某些抗生素表现出耐药性,但基因型分析揭示了更复杂的耐药机制。
肺炎链球菌(*Streptococcus pneumoniae*)的耐药性分析显示,该菌株对所有测试的抗生素均表现出敏感性,但WGS检测到了与β-内酰胺类和喹诺酮类抗生素耐药相关的基因。这一发现表明,尽管表型上对这些抗生素敏感,但可能存在潜在的耐药性,需要进一步的基因型分析来确认。
全基因组测序(WGS)在细菌种类鉴定和耐药性评估中展现出显著的优势。WGS不仅能够准确识别细菌种类,还能检测到与耐药性相关的基因,包括新型突变和质粒内容。然而,WGS在临床中的应用仍面临挑战,如技术流程复杂、成本较高以及分析时间较长。此外,WGS在某些情况下可能无法直接用于治疗决策,因为基因型和表型之间可能存在差异,尤其是在具有复杂多基因耐药机制的革兰氏阴性菌中。尽管如此,WGS在抗菌耐药性监测和流行病学研究中具有重要价值,能够提供全面的耐药性数据,有助于预测和应对新兴的耐药性威胁。
本研究的局限性包括:基因型耐药性评估仅在抗生素类别层面进行,而表型AST则在个体抗生素层面进行,这使得无法计算两种方法之间的阳性/阴性百分比一致性。此外,缺乏治疗和患者结局数据,限制了对基因型与表型差异的临床意义的评估。因此,未来的研究需要进一步探索如何将基因型和表型数据结合,以更全面地理解抗菌耐药性,并为临床治疗决策提供更可靠的支持。
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