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研究人员分析环境大肠杆菌基因组，探究喹诺酮耐药决定因子的遗传特征，为耐药菌监测提供依据。
在微生物的世界里，大肠杆菌（Escherichia coli）是一个既熟悉又让人头疼的角色。它本是人和动物肠道菌群中的 “常住居民”，大多数时候相安无事，但偶尔也会 “叛变”，引发肠道和肠道外的感染。更麻烦的是，随着时间推移，大肠杆菌对抗菌药物的耐药问题日益严重，其中喹诺酮类抗生素是治疗大肠杆菌感染的常用药，然而大肠杆菌对它的耐药情况愈发棘手。
喹诺酮耐药主要源于染色体上的一些突变，但还有一些可转移的耐药决定因子，被称为质粒介导喹诺酮耐药（PMQR）基因或喹诺酮耐药转移机制（TMQR）决定因子（因这些基因有时存在于染色体上，本文采用 TMQR 这一术语），像 qnr、aac (6′)-Ib-cr、oqxAB 和 qepA 等基因 。虽然 TMQR 单独作用时，赋予细菌的耐药水平相对较低，可它却能在耐药发展中 “暗度陈仓”，不仅能与其他耐药因素协同，还能助力筛选出更高耐药水平的突变体。
此前，虽有研究发现环境大肠杆菌中存在 TMQR 决定因子，但对其载体和遗传背景却知之甚少。为了揭开这些遗传特征的神秘面纱，来自京都大学和大阪公共卫生研究所的研究人员 Ryota Gomi 和 Fumie Adachi 开展了深入研究。相关研究成果发表在《Microbial Ecology》杂志上。
研究人员主要采用了以下关键技术方法：一是基因组测序技术，对 24 株携带 TMQR 决定因子的环境大肠杆菌进行测序，结合短读长（Illumina NovaSeq 6000 平台）和长读长（Oxford Nanopore Technologies MinION 平台）测序技术，对其中 20 株完成了基因组测序；二是从 NCBI 数据库检索，下载大量大肠杆菌基因组数据，筛选出含 TMQR 决定因子的 RefSeq 基因组；三是运用多种生物信息学工具进行分析，如用 ResFinder 4.1 和 ABRicate 检测抗菌耐药基因，用 PlasmidFinder 2.1 检测质粒复制子等。
研究结果如下：
- 菌株基本特征：本次测序的 24 株大肠杆菌属于 20 种不同的序列类型（STs），携带多种 TMQR 决定因子，且对多种抗生素耐药。RefSeq 数据库中检索到的 33 个含 TMQR 决定因子的基因组来自废水或环境水，分属 24 种 STs，携带不同的耐药基因 。
- 耐药基因的遗传背景：
- qnrA1：在一个 RefSeq 基因组中，qnrA1 位于 IncA/C 质粒上，其上下游结构与已知的整合子相关，这种结构组合较为罕见。
- qnrB4：存在于不同 IncF 质粒上，常与 AmpC 型 β - 内酰胺酶基因 blaDHA-1及其他耐药基因相连，部分质粒上的基因组合在其他公共基因组中未被发现。
- qnrB7：在本研究的菌株中由 IncX3 质粒携带，与 ESBL 基因 blaSHV-12相关，和印度临床分离株中的质粒遗传背景相似但有差异。
- qnrB19：在两个基因组中位于小 ColE1 样质粒上，其中一个质粒是新发现的共整合体，可能在耐药基因传播中发挥作用。
- qnrD1：部分基因组中的 qnrD1 位于与已知质粒相同的质粒上，另一个在新质粒上，且其周围存在特殊重复序列，形成了类似复合转座子的结构（TIME-COMP），这是一种新的 qnrD1 转移模式。
- qnrS1：是最常见的 TMQR 基因，可位于不同复制子类型的质粒或染色体上，其遗传背景多样，主要分为 13 种类型，部分与其他耐药基因紧密相连。
- qnrS2：在部分基因组中，携带 qnrS2 的 mic 元件被截断，不同基因组中 qnrS2 的遗传背景存在差异，且与其他耐药基因相关联。
- aac(6′)-Ib-cr：可在染色体或 IncF 质粒上检测到，在不同序列类型的菌株中均有发现，一种特定结构（IS26-aac (6′) Ib-cr-blaOXA-1-ΔcatB3-IS26）较为常见。
- oqxAB：所有 oqxAB 基因都位于 IS26oqxA-oqxB-oqxR-IS26（Tn6010）这一伪复合转座子内，由不同 Inc 类型的质粒携带，不同质粒上其上下游序列存在差异。
- qepA：本研究中一株菌携带的 qepA1 位于 IncF 质粒上，与其他耐药基因相连，该耐药区域在其他国家临床分离株的质粒中也存在。
研究结论和讨论部分指出，该研究深入分析了环境大肠杆菌中 TMQR 决定因子的遗传背景，发现了与临床分离株相似的遗传背景，这凸显了采用 One Health 监测策略追踪抗菌耐药性（AMR）传播和循环的重要性。同时，研究还发现了新的遗传背景，如含 qnrD1 的 TIME-COMP 结构，以及 RefSeq 基因组中未被充分描述的背景，如携带 qnrB19 的小共整合体质粒。此外，部分 TMQR 基因常与其他 AMR 基因相连，这有助于理解细菌多药耐药性的产生和传播机制。而且，研究中多次发现 TMQR 决定因子位于染色体上，虽其对基因维持的作用还需进一步研究，但也为后续研究提供了新方向。总之，该研究为与 TMQR 决定因子相关的移动遗传元件研究提供了宝贵见解，强调了对环境中抗菌耐药菌进行基因组监测的重要意义。
