重症监护病房环境中耐碳青霉烯类鲍曼不动杆菌的基因组特征：移动遗传元件、外排泵及耐药机制

《Infection and Drug Resistance》：Genomic Characterization of Carbapenem-Resistant Acinetobacter baumannii in ICU Environments: Mobile Genetic Elements, Efflux Pumps, and Resistance Mechanism

耐碳青霉烯类阿米巴不动杆菌（CRAB）基因组特征研究显示，ICU高接触表面分离的24株CRAB中，β-内酰胺类抗生素耐药率58.33%-66.67%，仅4.17%对碳青霉烯类耐药。代表株I2（ST191）携带3种碳青霉烯酶基因及13种ade efflux泵基因，基因组岛GI16和IS66转座酶介导水平基因转移，生物膜形成能力中等。研究证实ICU表面是CRAB的重要储库，其基因组特征为精准感染控制提供依据。

　　本研究聚焦于医院重症监护室（ICU）环境中分离出的耐碳青霉烯类抗生素铜绿假单胞菌（CRAB）菌株，旨在深入探讨其基因组中的耐药特征，并通过分析其基因组结构来揭示其在医疗环境中传播和适应的潜在机制。研究结果不仅有助于理解CRAB在医院环境中的生存能力，也为制定更具针对性的感染控制策略提供了科学依据。

### 研究背景与意义

铜绿假单胞菌（*Acinetobacter baumannii*）是一种典型的革兰氏阴性条件致病菌，因其在医院感染中的高致病性和多重耐药性而备受关注。这类细菌常常引发呼吸机相关性肺炎、血流感染以及创伤后严重感染，成为全球公共卫生领域的重大挑战。特别是在重症监护室这一高风险环境中，铜绿假单胞菌不仅对患者的健康构成威胁，还可能通过环境表面的污染成为医院感染暴发的重要来源。近年来，随着碳青霉烯类抗生素的广泛使用，CRAB的耐药性呈现出快速上升的趋势，其耐药率在某些地区甚至达到了55.5%。世界卫生组织（WHO）在2024年将其列为关键优先病原体，突显了其在全球范围内传播的严重性。

研究团队通过从四个三甲医院的ICU高接触表面采集样本，分离出24株铜绿假单胞菌，并对其进行了抗菌药物敏感性测试。结果显示，这些菌株对β-内酰胺类抗生素的耐药率高达58.33%至66.67%，而对多粘菌素的耐药率仅为4.17%。这一发现表明，尽管碳青霉烯类抗生素已成为治疗CRAB感染的主要选择，但其耐药性仍存在显著差异，多粘菌素在某些情况下仍表现出较高的抗菌效果。此外，研究团队选择了一株具有广泛耐药特征的代表菌株I2进行全基因组测序，以进一步解析其耐药机制及在医院环境中的适应性。

### 基因组特征分析

全基因组测序结果显示，菌株I2的基因组大小为3.98 Mb，平均GC含量为40.11%，编码了73种tRNA和18种rRNA。该菌株的序列类型（ST）被鉴定为ST-191，这是中国地区常见的铜绿假单胞菌克隆之一，与ICU获得性感染密切相关。此外，菌株I2携带了一种0.03 Mb的质粒（PlasmidA），该质粒含有多个转座酶基因，尤其是属于IS66家族的转座酶基因，这些基因与基因组岛GI16共定位。GI16不仅包含转座酶基因，还编码了毒-抗毒素系统、转录调控因子以及假定蛋白，进一步支持了其通过水平基因转移（HGT）机制传播耐药基因的可能性。

通过生物信息学工具对菌株I2的基因组进行系统分析，研究人员识别出了40个耐药基因，其中68.75%与外排泵机制相关，表明外排泵在该菌株的耐药性中发挥了重要作用。这些外排泵基因主要包括13个ade家族成员，能够有效介导对β-内酰胺类抗生素、四环素类药物和氟喹诺酮类药物的耐药性。同时，菌株I2还携带了多个与毒力因子相关的基因，包括营养代谢、免疫调节、粘附、分泌系统、生物膜形成、外毒素以及消毒剂耐受性相关的基因。其中，与生物膜形成相关的基因和消毒剂外排系统基因的共存，说明该菌株在医院环境中具有较强的适应能力，能够长期存活并传播。

此外，研究团队还对菌株I2的生物膜形成能力进行了定量评估。通过结晶紫染色法检测，结果显示该菌株具有中等水平的生物膜形成能力（OD/ODc比值为2–4）。这一发现表明，尽管在体外实验中生物膜形成能力不是最强，但结合其多重耐药特性，菌株I2仍可能在ICU高接触表面形成持久的污染源，进而导致医院感染的传播。已有研究表明，即使生物膜形成能力较弱的病原体也能够在某些环境中长期存活，而强生物膜形成能力的菌株则更具环境适应优势。因此，生物膜的形成能力可能是CRAB在医院环境中持续存在的关键因素之一。

### 抗菌药物耐药机制与传播路径

研究团队通过CARD数据库分析，识别出了菌株I2中涉及九类抗生素的40个耐药基因。其中，外排泵机制占主导地位，其次是抗生素失活和靶点修饰机制。具体而言，外排泵机制涉及多个ade家族基因，如adeB、adeJ、adeK和adeF等，这些基因能够有效降低β-内酰胺类抗生素、四环素类药物和氟喹诺酮类药物的细胞内浓度，从而增强其耐药性。同时，菌株I2还携带了blaOXA-23和blaOXA-66基因，这两种基因编码的碳青霉烯酶能够高效水解碳青霉烯类抗生素，是CRAB耐药性的主要驱动因素之一。

值得注意的是，菌株I2对多粘菌素的敏感性较高，95.83%的菌株对多粘菌素表现出敏感性，其MIC值均小于或等于2 μg/mL。这一结果与全球多粘菌素耐药率较低的观察相吻合。然而，多粘菌素作为最后的治疗选择之一，其在临床中的使用仍面临诸多挑战，尤其是在某些地区，CRAB对多粘菌素的耐药性逐渐上升，进一步凸显了开发新型抗菌策略的紧迫性。

### 基因组岛与水平基因转移

研究团队还发现，菌株I2的基因组岛GI16与耐药性密切相关。该基因组岛位于质粒PlasmidA上，携带了多个转座酶基因，尤其是ISAba1，这表明水平基因转移在该菌株的耐药性获得过程中起到了关键作用。转座酶基因的共存可能促进了耐药基因在不同菌株之间的传播，使得CRAB能够在医院环境中迅速扩散。此外，GI16还编码了毒-抗毒素系统，这些系统在细菌的生存和适应中具有重要作用，能够帮助其在抗生素压力下维持基因组稳定性，甚至在某些情况下增强其适应能力。

基因组岛的发现进一步支持了水平基因转移在CRAB耐药性传播中的核心地位。水平基因转移不仅使得耐药基因能够在不同菌株之间传播，还可能促进CRAB在不同环境中的适应性进化。这种基因传播机制使得某些耐药基因能够在短时间内在医院环境中广泛扩散，形成新的耐药克隆，增加了感染控制的难度。

### 环境适应性与感染控制策略

菌株I2的基因组分析揭示了其在医院环境中的高度适应性。首先，其携带的多个外排泵基因和毒-抗毒素系统，使其能够有效排除抗菌药物，降低药物的抗菌效果。其次，其生物膜形成能力表明，该菌株能够通过形成生物膜在医院环境中长期存活，并可能成为感染暴发的潜在来源。此外，菌株I2还携带了与消毒剂耐受性相关的基因，如qacEdelta1和abeM，这些基因可能影响消毒剂的抗菌效果，从而降低医院感染控制措施的有效性。

研究团队指出，尽管当前的研究主要集中在菌株I2的基因组特征上，但其携带的移动遗传元件（如ISAba1）和消毒剂耐受性基因，为未来对多菌株进行比较基因组学研究提供了重要线索。通过分析不同菌株之间的基因组差异，可以更全面地理解CRAB在医院环境中的传播路径和适应机制。此外，研究团队建议，未来应采用更大规模和更广泛的样本集，包括临床和环境分离的菌株，以提高研究结果的代表性，并结合转录组学（RNA-seq）和蛋白质组学等多组学方法，动态评估关键耐药基因在不同环境压力下的表达和调控情况。

### 研究的局限性与未来方向

尽管本研究为理解CRAB在ICU环境中的耐药性和传播机制提供了重要的数据支持，但仍存在一定的局限性。首先，研究样本仅来源于四个三甲医院的ICU高接触表面，可能无法完全代表其他地区或医疗机构的情况。其次，研究仅选择了单一菌株进行全基因组测序，限制了对耐药基因分子流行病学的全面理解。因此，未来的研究应扩展样本来源，涵盖更多不同类型的医疗机构，并结合临床与环境分离的菌株进行对比分析，以更准确地追踪耐药基因的传播路径。

此外，研究团队建议，未来应结合多组学方法，如转录组学和蛋白质组学，对关键耐药基因的表达和调控进行深入分析。这些方法能够帮助研究人员更好地理解CRAB在不同环境压力下的适应性变化，从而为制定更加精准的感染控制策略提供依据。同时，研究还指出，医院感染控制应注重对环境表面的定期监测和消毒策略的优化，特别是针对那些携带耐药基因和生物膜形成能力的菌株。

### 研究的临床与公共卫生意义

本研究不仅揭示了CRAB在ICU环境中的耐药性和传播机制，还为医院感染控制提供了新的视角。通过分析菌株I2的基因组特征，研究人员发现，该菌株的多重耐药性与其携带的外排泵系统、毒-抗毒素系统以及消毒剂耐受性基因密切相关。这些基因的存在使得CRAB能够在医院环境中长期存活，并通过生物膜形成和水平基因转移机制持续传播。因此，针对这些基因的深入研究，不仅有助于理解CRAB的适应机制，还可能为开发新的抗菌药物或感染控制措施提供重要线索。

同时，研究团队强调，当前的抗菌药物治疗策略仍面临挑战，特别是在CRAB对某些抗生素（如氨苄西林-舒巴坦和多粘菌素）的耐药性逐渐上升的背景下。因此，迫切需要开发新的抗菌药物或优化现有的治疗方案。此外，医院感染控制措施应更加注重环境表面的清洁和消毒，尤其是针对那些可能携带耐药基因的高接触表面。通过定期监测和优化消毒策略，可以有效降低CRAB在医院环境中的传播风险，从而减少其对患者的威胁。

### 结论与展望

综上所述，本研究揭示了ICU环境中CRAB的高耐药性和潜在传播机制。菌株I2的基因组分析表明，其携带的外排泵系统、毒-抗毒素系统以及消毒剂耐受性基因，可能是其在医院环境中长期存活和传播的关键因素。同时，该菌株的生物膜形成能力进一步支持了其在医院表面形成污染源的可能性。研究结果表明，ICU高接触表面是CRAB的重要储存库，因此，加强环境监测和消毒措施对于控制CRAB感染至关重要。

未来的研究应进一步扩大样本规模，涵盖更多不同类型的医疗机构，并结合多组学方法，如转录组学和蛋白质组学，对关键耐药基因的表达和调控进行深入分析。此外，开发新的抗菌药物和优化现有的治疗方案，也是应对CRAB耐药性挑战的重要方向。通过这些努力，可以更有效地控制CRAB在医院环境中的传播，减少其对患者的威胁，提高医院感染控制的整体水平。