《International Journal of Antimicrobial Agents》：P1-like Phage-Plasmids Drive
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CTX-M-27 Transmission Through Lysogenic Conversion and Transposition
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P1-like噬菌体-质粒通过转座子和溶原性转换机制介导耐药基因在宿主内及跨物种传播，系统发育分析揭示blaCTX-M-27基因与P1-like PPs的协同进化关系。
张增峰|史春雷
上海交通大学农业与生物学院与农业部联合食品安全研究中心，微生物代谢国家重点实验室，上海200240，中国
摘要
< />blaCTX-M-27基因在Salmonella Indiana中的传播。在147株S. Indiana分离株中，有9株（6.1%）携带P1元件，其中6株含有广谱β-内酰胺酶基因blaCTX-M-27。系统发育分析表明，blaCTX-M-27的获得是S. Indiana的一个次要事件。进一步对不同细菌宿主中的P1元件进行系统发育分析后发现，blaCTX-M-27特异性地与S. Indiana中的p1样PPs相关，表明其具有宿主特异性适应能力。对p14076B这种p1样PP的比较基因组分析显示，该PP缺乏关键的噬菌体可变区域，但含有携带blaCTX-M-27的Tn1722衍生物转座子。尽管缺乏类似质粒的接合能力，p14076B仍可通过溶原性转化进行感染。转座实验确认Tn1722衍生物介导了blaCTX-M-27的转移，并且在插入位点观察到AT/GC偏移现象，而tnpA基因显著影响转座频率。这些发现表明，Tn1722衍生物通过转座介导blaCTX-M-27在宿主体内的转移，而p1样PP的溶原性转化则促进了跨物种传播。这些见解为理解p1样PP在抗菌素耐药基因（ARGs）传播中的作用提供了重要依据。
引言
病原体中的抗菌素耐药性（AMR）已成为一个严重的全球健康挑战，如果不加以解决，预计到2050年每年将导致约1000万人死亡[1]。抗菌素耐药基因（ARGs）在病原体中的传播已成为一个关键全球健康问题。噬菌体可以通过转导或溶原性转化加速ARGs的传播[2,3]。据报道，温带噬菌体能够促进blaCTX-M、mel和tet(M)等基因在多种细菌物种（包括Escherichia coli、Salmonella、Shigella sonnei、Streptococcus pneumoniae和Bacillus coagulans）之间的传播[3]。值得注意的是，T4样噬菌体在通过普遍转导传播blaCTX-M方面起着关键作用，在污水噬菌体DNA库中的检出率为20%[4]。溶原性转化进一步增强了细菌的进化和致病性，例如典型的肠致病性E. coli通过获得编码stx的噬菌体转化为肠出血性E. coli，以及赋予Staphylococcus aureusβ-内酰胺类耐药性[5]。这些例子突显了噬菌体介导的溶原性转化在ARGs传播中的双重作用。
噬菌体-质粒（PPs）这种结合了噬菌体和质粒特征的混合遗传元件，挑战了传统的水平基因转移（HGT）机制理解[7]。P1元件是一类多样的遗传实体，包括p1样PPs、P1噬菌体/前噬菌体和p1样质粒[8,9]。值得注意的是，P1噬菌体和p1样质粒可能通过基因交换从p1样PPs衍生而来，其中ARGs和防御系统在这一过程中起重要作用[7]。如blaCTX-M-15、blaCTX-M-27和blaCTX-M-55等ESBL基因经常在p1样PPs中被发现[7]，这表明它们在ARGs传播中的潜在作用。此外，这些P1元件可以形成更大、更复杂的结构，进一步增强了它们传播ARGs的能力[10]。p1样质粒通过与其他质粒的相互作用获得ARGs，这一过程由插入序列、整合子和重组酶促进[11]。
尽管有基因组证据表明p1样PPs中含有ARGs[10,[12],[13],[14]，但其转移机制仍不甚清楚。为了解决这一空白，我们对147株S. Indiana分离株进行了P1元件的回顾性筛查。通过对p1样PPs及其宿主的系统发育分析，阐明了它们的生态位和HGT事件。我们还实验评估了p1样PP的特性，包括其溶原性和裂解能力以及形态特征。此外，系统分析了p1样PPs中Tn1722衍生物的转座机制，重点关注转座频率、插入位点偏好以及关键基因对转座效率的影响。
部分摘录
细菌分离株和抗菌素敏感性测试
在我们之前的研究[14]中，从中国各地的环境、食品和临床来源收集了147株S. Indiana分离株（2010-2019年）进行P1元件分析。使用琼脂稀释法（CLSI, 2019）对包括阿米卡星、氨苄西林、头孢噻呋等抗生素进行了抗菌素敏感性测试。根据EUCAST（2019）指南，通过肉汤微稀释法确定了多粘菌素敏感性。质量控制措施包括
携带P1元件的S. Indiana分离株的系统发育分析
在147株S. Indiana分离株中，有9株（6.1%）携带p0111复制子，而IncY复制子不存在（表S4）。值得注意的是，其中6株分离株携带ESBL基因blaCTX-M-27（表S4）。系统发育分析显示，携带P1元件的S.. Indiana分离株分为五个不同的支系：1.1、2.1、2.2、2.3和2.4（图1和补充图S1）。
不同支系的复制子特征各不相同。支系1.1仅携带p0111复制子。
讨论
PPs是一种独特的移动遗传元件（MGEs），结合了噬菌体和质粒的功能，使其成为研究中的重要焦点。迄今为止，已在81个细菌属中发现PPs，包括E. coli、Klebsiella和Mycobacterium[9]。先前的一项研究对从英国分离的47,784株Salmonella菌株进行了筛查，发现226株（0.47%）携带p1样PPs，其中S. Typhimurium是最主要的宿主，占84%[27]。相比之下，本研究
资助
本研究得到了国家关键研发计划（编号2024YFE0199000）和国家自然科学基金（编号32202193和32472458）的支持。
