猪源溶血葡萄球菌中新型磷霉素修饰酶基因fosS的鉴定及其耐药机制研究

《One Health Advances》：Characterization of fosS, a novel fosfomycin-modifying enzyme gene identified in Staphylococcus haemolyticus

本研究针对磷霉素耐药性日益严峻的临床问题，首次在猪源溶血葡萄球菌中发现并鉴定了新型磷霉素修饰酶基因fosS及其协同MurA突变（D290H/G359S）的双重耐药机制。克隆实验证实fosS可使磷霉素最低抑菌浓度提升32倍，系统进化分析揭示fosS阳性菌株呈全球性分布且携带多重耐药基因。研究为One Health视角下控制耐药性传播提供了新靶点与预警依据。

　　

磷霉素作为一种通过抑制细菌细胞壁合成关键酶MurA发挥作用的抗菌药物，因其独特作用机制已成为治疗多重耐药葡萄球菌感染的重要选择。然而，随着其在临床的广泛应用，细菌通过多种机制对磷霉素产生耐药性，尤其是磷霉素修饰酶和靶点蛋白突变介导的耐药性日益凸显，严重威胁其临床疗效。在“One Health”（一体健康）框架下，人-动物-环境界面的耐药基因传播更是引发公共卫生担忧。已有研究表明，动物源性的凝固酶阴性葡萄球菌（CoNS）可作为耐药基因的“隐匿仓库”，但磷霉素耐药机制在猪源溶血葡萄球菌中的特征尚不明确。

为解决上述问题，华南农业大学兽医学院等单位的研究人员在《One Health Advances》发表研究，通过对屠宰场来源的磷霉素耐药溶血葡萄球菌（FRSH）进行全基因组测序与生物信息学分析，鉴定出一种新型磷霉素修饰酶基因fosS，并发现MurA蛋白的新突变位点（D290H和G359S）。功能验证显示，fosS表达可使金黄色葡萄球菌RN4220对磷霉素的MIC提升32倍，而MurA突变单独可导致4倍增长。系统进化分析进一步揭示fosS阳性菌株（FPSH）形成独立进化分支，分布于韩国、南非和中国的猪源样本中，且其遗传背景中检测到可促进水平转移的插入序列IS_Enfa4。该研究首次报道了fosS与MurA突变协同介导的磷霉素耐药新机制，为耐药性防控提供了新靶点。

研究关键技术方法包括：① 基于Illumina NovaSeq 6000平台的全基因组测序与SPAdes组装；② 分子对接模拟分析FosS与磷霉素的结合特性；③ 克隆实验（使用pLI50载体）验证fosS及murA变异功能；④ 核心基因组SNP系统发育分析（RAxML）明确菌株进化关系；⑤ 比较基因组学（Easyfig）解析fosS遗传环境。样本来源于中国广州猪屠宰场的鼻拭子与粪便样本。

结果

1. 新型磷霉素耐药基因fosS的鉴定

研究发现fosS编码的蛋白与已知葡萄球菌磷霉素修饰酶（如FosB、FosY）同源性为65.94%-74.45%，其中与S. capitis来源的FosSC亲缘最近（74.45%）。分子对接显示FosS通过Arg94、Glu115等保守残基与磷霉素形成氢键，自由能为-4.1 kcal/mol，提示中等结合活性。

2. MurA新突变的功能验证

在FRSH中鉴定出MurA的D290H单突变及D290H+G359S双突变，而glpT、uhpT未发现突变。克隆实验表明MurA突变可使磷霉素MIC提升至4 mg/L，证实其协同耐药作用。

3. fosS阳性菌株的全球分布与遗传特征

fosS仅存在于S. haemolyticus中，5株FPSH分布于三国猪源样本，属于ST185、ST186等新型序列型。系统发育分析显示FPSH形成独立分支，核心基因组SNP差异达2226–5356个。

4. fosS遗传环境与多重耐药性

fosS位于染色体ssrA（上游）和yagU（下游）基因间，侧翼存在IS_Enfa4（与cfr基因转移相关）。FPSH同时携带tet(M)、cfr等多重耐药基因，提示其在抗菌药物选择压力下具有适应性优势。

结论与意义

本研究首次揭示了猪源溶血葡萄球菌中fosS与MurA突变协同介导磷霉素耐药的双重机制，拓宽了对CoNS作为耐药基因库的认知。FPSH的全球分布及其遗传环境中的可转移元件IS_Enfa4凸显了耐药基因跨物种传播风险。尽管中国已禁止磷霉素用于食品动物，但FPSH携带的多重耐药基因可能在其他抗菌药物选择压力下促进其传播。研究成果为开发磷霉素修饰酶抑制剂提供了新靶点，并为One Health策略下耐药性传播预警提供了关键分子标志物。