阿联酋携带blaKPC-2的多重耐药肺炎克雷伯菌比较基因组研究揭示IncFII质粒与Tn4401b/Tn1721a转座子的传播机制

《Scientific Reports》：Comparative genomic study of blaKPC-2-carrying multidrug-resistant Klebsiella pneumoniae in the United Arab Emirates

本研究针对阿联酋地区罕见的KPC-2碳青霉烯酶流行机制，通过对3株临床分离株进行全基因组测序，并与既往7株本土菌株进行对比分析，揭示blaKPC-2基因主要通过IncFII型质粒传播，且与Tn4401b/Tn1721a两种转座子结构相关。研究首次系统绘制了该地区KPC-2菌株的耐药基因谱、毒力特征和进化关系，为海湾地区抗菌药物耐药性监测提供了关键分子流行病学数据。

　　

在抗生素耐药性日益严重的全球公共卫生危机中，碳青霉烯类抗生素作为治疗多重耐药革兰阴性菌感染的"最后防线"正面临严峻挑战。其中，肺炎克雷伯菌碳青霉烯酶（KPC）因其能够水解碳青霉烯类、头孢菌素类和单环β-内酰胺类药物而备受关注。尽管bla_KPC基因已在世界范围内广泛传播，但在阿拉伯联合酋长国（UAE）地区的报道却相对罕见，仅有2015年和2019年的两篇文献记载。这种知识空白使得该地区KPC耐药机制的传播动态和分子特征始终笼罩在迷雾之中。

为了揭开这一谜团，由Akela Ghazawi、Mohammed Elbediwi、Tibor Pál等研究人员组成的国际团队在《Scientific Reports》上发表了题为"Comparative genomic study of bla_KPC-2-carrying multidrug-resistant Klebsiella pneumoniae in the United Arab Emirates"的研究论文。该研究通过对阿布扎比三家三级医院2017-2018年期间收集的162株碳青霉烯耐药肺炎克雷伯菌（CRKP）进行筛选，最终对3株bla_KPC-2阳性菌株进行全基因组测序，并结合此前已报道的7株阿联酋菌株进行深度比较基因组分析。

研究人员采用Illumina NovaSeq平台进行全基因组测序，使用SPAdes 3.9进行序列组装，通过PlasmidSPAdes和PLACNETw进行质粒重建，利用ResFinder 4.1鉴定耐药基因，PlasmidFinder 2.1进行质粒分型，并通过核心基因组多位点序列分型（cgMLST）构建系统发育树。所有菌株均来自阿联酋阿布扎比地区医院患者的临床样本，包括尿液、伤口、直肠/肛周拭子、呼吸道样本和血液。

菌株特征与系统发育分析

研究发现的3株bla_KPC-2阳性肺炎克雷伯菌分别属于ST11、ST20和ST231三种不同的序列型。通过与公共数据库中362株携带bla_KPC-2的肺炎克雷伯菌完整基因组进行比较，发现ST231菌株（CRE93、PFZ360和PFZ363）形成了独立的聚类，表明它们具有密切的遗传相关性。而ST11菌株（CRE51和PFZ529）则在系统发育树中分散分布，反映了ST11谱系内部的广泛多样性——这一谱系是全球最常见的bla_KPC-2携带型，在本研究中包含220株菌株。

值得注意的是，ST20型仅由单一菌株（CRE79）代表，且在此数据集中独特地与bla_KPC-2相关，这与以往ST20通常与bla_NDM-1相关的报道形成了鲜明对比。此外，两个ST231菌株（CRE93和PFZ360）同时携带bla_KPC-2和bla_OXA-232两种碳青霉烯酶基因，这种多重耐药机制可能给临床治疗带来更大挑战。

耐药基因谱与毒力特征

所有菌株均携带丰富的抗菌药物耐药基因（ARGs），除bla_KPC-2外，CRE93和PFZ360还携带bla_OXA-232碳青霉烯酶基因。所有菌株均至少携带一种超广谱β-内酰胺酶（ESBL）基因，同时具有广泛的氨基糖苷类耐药决定簇，其中CRE51携带rmtB基因，而CRE93、PFZ360和PFZ363携带rmtF基因——这两种16S rRNA甲基化酶基因能够介导对几乎所有氨基糖苷类抗生素的高水平耐药。

研究还发现大多数菌株含有质粒介导的氟喹诺酮耐药基因，如aac(6')Ib-cr、qnrB1或qnrS1，以及oqxAB多药外排泵。其他检测到的抗生素耐药基因包括二氢叶酸还原酶、大环内酯类、磷霉素和氯霉素耐药决定簇。

在毒力基因方面，所有菌株均含有3型菌毛基因簇（mrkABCDFHIJ）和肠菌素合成基因簇（entA、entB、entC、entE和entF）。耶尔森菌素铁载体基因簇（ybtAEPQSTUX）及其受体基因fyuA存在于除CRE79外的所有菌株中。所有测序菌株均鉴定出含有18个核心保守基因的VI型分泌系统（T6SS）。荚膜分型分析显示ST231菌株与K型KL51相关，而ST15菌株则与KL19相关。

bla_KPC-2携带质粒与基因环境

研究发现所有菌株均携带3-5个质粒，包括IncFII、IncR、IncFIB、IncFIA、ColRNAI和ColKP3等多种不相容群。基于短读长测序质粒重建和Southern印迹分析，bla_KPC-2基因在所有菌株中均为质粒携带（除PFZ758可能为染色体整合）。bla_OXA-232基因在CRE93和PFZ360菌株中与小型质粒（约6,110bp）相关。

比较分析显示，阿联酋菌株中bla_KPC-2基因主要与两种转座子结构相关：Tn4401b和Tn1721a。ST11和ST20菌株携带Tn1721a转座子，该转座子位于IncFII或IncFII-IncR质粒上，质粒大小从69,822到113,784bp不等，且携带多种额外耐药基因，如bla_SHV-12、bla_TEM-1、bla_CTX-M-65等，赋予这些菌株多重耐药特性。而ST14、ST15和ST231菌株主要携带Tn4401b转座子，与IncFII或IncX3质粒相关，质粒大小在46,900到88,451bp之间，且大多数不携带bla_KPC-2以外的耐药基因。

研究结论与意义

本研究首次系统揭示了阿联酋地区bla_KPC-2阳性肺炎克雷伯菌的分子流行病学特征。研究发现尽管bla_KPC-2在该地区仍属罕见，但其存在多种遗传传播平台，主要以IncFII型质粒为载体，与Tn4401b和Tn1721a两种转座子结构相关。不同序列型菌株携带不同的质粒-转座子组合，反映了bla_KPC-2基因在该地区通过多种途径传播的复杂性。

值得注意的是，ST231菌株形成了独立的聚类，表明可能存在医院内传播；而ST11菌株的分散分布则提示其可能通过多次独立引入。两个菌株同时携带bla_KPC-2和bla_OXA-232的现象尤为令人担忧，因为这种多重碳青霉烯酶共存可能导