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本研究深入分析了肺炎克雷伯菌中不完整铁转运蛋白CirA的全球分布及其与头孢地尔（Cefiderocol）耐药性的关联，揭示了这一现象的广泛存在及其对公共卫生的潜在威胁。
肺炎克雷伯菌（Klebsiella pneumoniae）是一种重要的临床病原体，因其强大的耐药能力和高致病性而备受关注。近年来，随着新型抗生素头孢地尔（Cefiderocol）的出现，人们对其抵抗多重耐药菌株寄予厚望。然而，本研究通过大规模基因组分析发现，肺炎克雷伯菌中存在大量不完整的铁转运蛋白CirA，这一缺陷与头孢地尔耐药性密切相关，且在全球范围内广泛分布，对公共卫生构成了新的挑战。
研究背景
头孢地尔（Cefiderocol）是一种新型的铁载体头孢菌素类抗生素，通过模拟自然铁载体与铁结合，利用细菌的铁摄取途径进入细胞，发挥抗菌作用。然而，临床实践中发现，肺炎克雷伯菌对头孢地尔的耐药性正在迅速出现，其中一种关键机制是铁转运蛋白CirA的缺陷。CirA是一种外膜受体蛋白，负责识别并结合头孢地尔-铁复合物，从而促进抗生素进入细菌细胞。如果CirA不完整或功能缺失，头孢地尔的抗菌效果将大打折扣。
研究方法
研究人员从NCBI数据库中检索了所有可用的肺炎克雷伯菌基因组组装序列（n=55,517），经过严格的质量控制后，最终纳入49,927个基因组进行分析。通过一系列生物信息学工具，包括fastANI、CheckM2、mlst、Kleborate、AMRFinderPlus、Prokka、BLAST+、Snippy、SNP-sites和IQ-TREE等，研究人员对这些基因组进行了物种鉴定、序列类型（ST）和荚膜类型分配、耐药基因预测、编码序列预测、CirA蛋白长度异常检测、单核苷酸多态性（SNP）分析以及系统发育树构建。
研究结果
CirA缺陷的全球分布
研究发现，在49,927个肺炎克雷伯菌基因组中，有633个（1.27%）存在不完整的CirA蛋白。这些基因组收集自1911年至2023年，覆盖了全球44个国家的6个大洲，其中大多数（88.94%）来自人类样本。值得注意的是，这些CirA缺陷菌株早在头孢地尔临床使用之前就已存在，表明其出现并非由抗生素选择压力直接导致。
CirA缺陷与耐药基因的共存
在633个CirA缺陷的基因组中，有77个（12.16%）同时携带了已知可导致头孢地尔耐药的β-内酰胺酶基因，如NDM-1、NDM-5、NDM-7或KPC-3与SHV-11的组合。这些耐药基因与CirA缺陷的共存进一步增强了细菌对头孢地尔的耐药性。
CirA缺陷的变异类型
研究共鉴定出189种不同的CirA缺陷变异，其中最常见的两种变异是由于基因突变导致的362个氨基酸残基（362aa-remnant）和562个氨基酸残基（562aa-remnant）的不完整蛋白。362aa-remnant主要出现在ST26、ST34和ST359菌株中，而562aa-remnant则几乎仅限于ST86菌株，且与高致病性荚膜类型K2密切相关。
克隆传播与跨境传播
通过系统发育分析，研究人员发现了多个克隆传播事件，包括ST26在美国、ST34在英国以及ST86在越南的克隆爆发，以及ST34在英国和葡萄牙之间的跨境传播。这些克隆传播事件表明，携带CirA缺陷的肺炎克雷伯菌具有较强的传播能力，可能对公共卫生构成严重威胁。
研究意义
本研究揭示了肺炎克雷伯菌中不完整CirA蛋白的全球分布及其与头孢地尔耐药性的关联，强调了这一现象的广泛存在及其对公共卫生的潜在威胁。研究结果表明，CirA缺陷的出现并非由头孢地尔的使用直接驱动，而是可能与细菌的适应性进化有关。此外，CirA缺陷与多种耐药基因的共存进一步加剧了耐药性问题，而克隆传播事件的发现则提醒我们，这些耐药菌株可能在全球范围内迅速扩散。
研究局限与未来方向
尽管本研究提供了关于CirA缺陷肺炎克雷伯菌的宝贵信息，但也存在一些局限性。首先，研究依赖于NCBI数据库中的公开基因组数据，这些数据可能存在采样偏差，无法完全反映CirA缺陷在临床中的真实流行率。其次，研究仅关注了导致CirA不完整的突变，而忽略了可能影响CirA功能的错义突变。未来的研究应通过前瞻性监测获取更可靠的流行率数据，系统地表征CirA变异，并开发针对CirA缺陷的分子诊断工具。此外，还需要进行纵向研究，以追踪CirA突变在不同条件下的演变，并理解耐药性发展的模式。
总之，本研究为理解肺炎克雷伯菌对头孢地尔耐药性的形成机制提供了新的视角，并强调了在全球范围内加强对耐药菌株监测的重要性。随着耐药性问题的日益严重，开发新的抗菌策略和诊断工具已成为当务之急。
