中国无锡市KL57高毒力肺炎克雷伯菌的出现：关于毒力质粒进化及携带blaKPC-2的IncFII/K34质粒传播的基因组学研究

《International Journal of Orthopaedic and Trauma Nursing》：Emergence of KL57 hypervirulent Klebsiella pneumoniae in Wuxi, China: Genomic insights into virulence plasmid evolution and bla KPC-2-bearing IncFII K34 plasmid transmission

KL57型肺炎克雷伯菌基因组特征及分子流行病学研究显示，2016-2023年无锡地区分离的17株KL57菌株分为ST412（占70.6%）、ST2846（新发现）、ST592和ST218四种序列型，其中ST412为优势克隆。所有菌株携带iroB、rmpA及peg-344等毒力基因，ST412和ST218菌株存在多重耐药性，其中WX1817株携带IncFII-K34质粒编码的KPC-2基因，证实该质粒可水平转移并引发耐药传播。全球分析表明KL57-CRKp菌株以NDM-1和OXA-48为主，ST23、ST412和ST592为优势序列型，呈现显著的地理多样性。

　　
KL57型肺炎克雷伯菌的基因组特征与分子流行病学分析

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一、研究背景与意义
肺炎克雷伯菌作为常见的革兰氏阴性病原体，其KL57型别近年来在全球范围内引起广泛关注。该型菌株以高侵袭性为特征，可引发肝脓肿、脑膜炎等严重感染，同时携带多重耐药基因，具有更强的环境适应能力和传播潜力。尽管已有研究揭示了KL1、KL2等经典毒力血清型特点，但对KL57型菌株的基因组特征、耐药机制及全球传播网络的系统性研究仍存在明显空白。

二、研究方法概述
研究团队通过2016-2023年间收集的17株KL57型临床分离株，结合全基因组测序（WGS）和宏基因组分析技术，从以下维度展开研究：
1. 基础特征分析：涵盖菌株来源、患者基础疾病、临床感染类型等
2. 耐药谱系研究：采用VITEK 2 MS系统进行药敏测试，结合NG-Test? CARBA-5检测试剂盒进行碳青霉烯酶检测
3. 基因组学解析：利用Illumina HiSeq和PacBio RSII测序平台，结合SOAPdenovo v2和Unicycler v0.4.6进行基因组组装，并通过Kleborate v2.2.0进行毒力因子和耐药基因鉴定
4. 分子流行病学分析：整合NCBI GenBank和PathogenWatch数据库的340株KL57型菌株数据进行系统发育树构建和全球分布研究

三、核心研究结论
（一）临床分离株的分子特征
1. 菌株分类学：17株临床分离株分为4个ST型（ST412、ST218、ST592、ST2846），其中ST412占比70.6%（12/17），ST2846为首次发现的新ST型
2. 毒力基因分布：100%菌株携带iroB、rmpA、peg-344核心毒力基因，71%携带rmpA2，76%携带iucA，显示典型的超毒株特征
3. 耐药基因特征：仅WX1817株携带KPC-2基因（位于IncFII-K34质粒），对碳青霉烯类存在耐药性（MIC=8μg/mL）

（二）耐药质粒的分子机制
1. 质粒结构分析：WX1817株携带两个质粒（pWX1817-KPC和pWX1817-Vir），其中：
- pWX1817-KPC（IncFII-K34型）包含blaKPC-2基因，具有高效水平转移能力（频率2×10^-4）
- pWX1817-Vir（IncFIB-K37型）携带完整毒力基因簇（iroB、rmpA/rmpA2、iucA等）
2. 转移实验验证：通过接合实验证实pWX1817-KPC可在大肠杆菌J53中成功转移，并保留耐药表型

（三）全球流行病学特征
1. 地理分布：亚洲（45.4%）、欧洲（25.5%）、北美（13.7%）为三大主产区，中国占比42.5%（54/126）
2. ST型分布：ST412（25.5%）、ST218（20.2%）、ST592（10.9%）为全球优势克隆株
3. 毒力-耐药协同现象：59%的CRKp菌株同时具有超毒株特征，其中ST218（54%）、ST23（72%）和ST592（10.9%）为典型代表

（四）毒力质粒的进化分析
1. 质粒类型分布：IncFIB-K37（35.7%）、IncHI1B（21.3%）、IncFIB-K39（12.9%）为主流类型
2. 毒力质粒进化树：形成4个主要进化分支（C1-C4），其中C2分支包含中国特有的ST412和ST2846株
3. 跨地域质粒交换：中国ST412株质粒与挪威ST13株质粒（pNK_H2_021.2）具有99.87%序列同源性

四、机制性研究发现
1. 毒力基因整合机制：iroB和rmpA基因通过IS26转座子实现串联排列，形成稳定的毒力基因簇
2. 耐药基因传递系统：blaKPC-2基因位于NTE-KPC-Ib转座子框架内，具有ISKpn27和ISKpn6的重组位点
3. 质粒互作现象：部分菌株（如WX2921）同时携带IncHI1B和IncFIB-K37两种质粒类型，形成复合质粒系统

五、临床公共卫生意义
1. 感染防控挑战：临床分离株中70.6%为ST412优势克隆，该型别与糖尿病（41%）和高血压（59%）患者具有显著相关性
2. 耐药传播风险：IncFII-K34质粒可在不同菌种间转移，其携带的blaKPC-2基因具有跨物种传播潜力
3. 检测技术革新：建立基于质粒类型（IncFII-K37/K34/K39）和毒力基因组合（rmpA2+/iucA+/iroB+）的快速筛查体系

六、研究局限性及展望
1. 样本覆盖局限：临床菌株仅来自无锡地区二级医院，未涵盖基层医疗机构数据
2. 质粒功能研究不足：现有数据未解析IncFIB-K37质粒的调控机制
3. 长期监测缺失：需建立动态监测系统追踪ST2846等新ST型的流行趋势
4. 治疗策略待完善：针对携带复合质粒的hv-CRKp菌株，需开发新型联合疗法（如β-内酰胺酶抑制剂+噬菌体治疗）

七、学术贡献
本研究首次完整解析KL57型菌株的毒力-耐药协同进化机制，发现：
1. ST412克隆通过IncFIB-K37质粒实现快速传播，该质粒携带的rmpA2/iucA基因组合可增强宿主侵袭力
2. IncFII-K34质粒携带的blaKPC-2基因具有跨菌属转移能力，其NTE-KPC结构域在碳青霉烯酶基因中具有独特保守序列
3. 建立"质粒类型-耐药基因-毒力基因"三位一体的KL57型菌株鉴定体系，准确率提升至92.3%

八、卫生管理建议
1. 建立质粒指纹数据库：重点监测IncFII-K37和K34型质粒携带菌株
2. 完善耐药基因监测：需重点关注blaNDM-1（占比40%）、blaOXA-48（21%）等关键基因
3. 毒力质粒阻断策略：研发针对IncFIB-K37质粒的靶向清除制剂
4. 多中心联合监测：建议建立跨国界KL57型菌株基因库（已纳入WHO全球抗菌药物耐药监测网络）

该研究为KL57型菌株的防控提供了新的理论依据，特别是对IncFII-K34质粒的分子机制解析，为开发新型抗生素和疫苗佐剂提供了靶点。研究数据已上传至CNGB Sequence Database（项目号：SO141197），并纳入WHO Eastern Mediterranean Regional antimicrobial resistance surveillance system。