KpnK48 克隆：驱动高毒力耐碳青霉烯大肠杆菌流行的 “幕后黑手” 及其进化轨迹探秘

高毒力耐碳青霉烯病原体威胁全球公共健康。研究人员对 653 株耐碳青霉烯大肠杆菌（CREC）开展多中心分子流行病学研究，发现KpnK48 亚克隆是 ST167 CREC 流行的主要驱动力，其结合了高毒力和耐碳青霉烯特性，意义重大。

　　抗生素耐药问题已成为 21 世纪全球健康的重大挑战，尤其是耐碳青霉烯类抗生素的细菌，它们作为治疗严重革兰氏阴性菌感染的最后一道防线，其耐药性的快速传播严重限制了治疗选择。同时，高毒力且耐碳青霉烯的病原体不断进化，进一步加剧了这一威胁，导致死亡率上升、住院时间延长和医疗成本增加。耐碳青霉烯大肠杆菌（CREC）在医疗和社区环境中都构成了严重挑战，其中携带碳青霉烯酶基因（如bla_NDM、bla_OXA和bla_KPC）的 CREC 几乎对所有可用抗生素耐药。高毒力耐碳青霉烯大肠杆菌（hv - CREC）也开始出现，尽管其流行率低于高毒力耐碳青霉烯肺炎克雷伯菌（hv - CRKP），但仍引发了人们的高度关注。

在这样的背景下，北京大学人民医院的研究人员开展了一项针对 CREC 的研究。他们收集了 2013 - 2022 年中国 76 家医院的 653 株临床 CREC 分离株，并结合公共基因组数据进行多中心分子流行病学研究。研究旨在揭示高毒力耐碳青霉烯大肠杆菌亚克隆的快速传播机制，以及其与高毒力耐碳青霉烯肺炎克雷伯菌在基因组上的相似性。

研究人员运用了多种关键技术方法。首先是细菌分离株的收集，从中国多个地区的医院收集临床样本，通过基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱（MALDI - TOF MS）鉴定菌种，并采用肉汤微量稀释法确认碳青霉烯耐药性。其次是基因组测序、组装和注释，对所有分离株进行全基因组测序，部分进行长读长测序，使用多种生物信息学工具分析基因特征。还进行了系统发育分析，构建系统发育树以研究菌株间的进化关系。另外，通过多种实验评估菌株的生长优势、毒力等特性。

研究结果如下：

• 流行病学分析：从 2013 年到 2022 年收集的 653 株 CREC 分离株中，NDM - 5 是主要的碳青霉烯酶，ST167 是最普遍的序列类型（ST）。2017 年后，ST167 和 ST410 的流行导致 CREC 分离株的患病率激增，2020 年后可能因新冠疫情相关干扰而下降。
• KpnK48 亚克隆的流行：基因组分析显示，近所有 ST167 分离株（147/150）拥有 1 型荚膜，超半数（76/150）携带KpnK48 荚膜。KpnK48 菌株集中在中国东部和北部，起源于山东，约在 2003 年开始传播。体外实验表明，KpnK48 具有生长和毒力优势。
• 基因组重组的作用：全基因组关联研究（pan - GWAS）发现，KpnK48 分离株有独特的染色体核心基因和单核苷酸多态性（SNP），与一个约 492kb 的重组区域相关，该区域与 hv - CRKP ST11 - K64 克隆的重组区域相似，包含多种与毒力和耐药相关的基因。
• 质粒的变化趋势：KpnK48 菌株中，携带bla_NDM的质粒从 IncX3 转变为 IncF，IncF 质粒携带更多耐药和毒力基因，且具有不同的接合模块和复制子组合。
• 全球系统发育和基因组特征：构建全球 CREC ST167 的核心基因组 SNP 树发现，NDM - 5 是主要碳青霉烯酶，KpnK48 亚克隆主要分布在中国和美国，部分美国KpnK48 菌株源自狗，提示可能存在人畜共患病传播。KpnK48 携带更多耐药和毒力基因。
• KpnK48 克隆的时空传播：KpnK48 起源于欧洲，估计其最近共同祖先（tMRCA）的时间为 1987 年，2010 年左右开始快速扩张，2020 年后可能因疫情下降。在中国，其从华东地区开始传播。

研究结论和讨论部分指出，KpnK48 亚克隆的出现和传播对公共卫生构成重大威胁。其通过基因组重组获得 K48 荚膜和其他毒力相关基因，ICEKp4 元件增强了毒力和传播风险，质粒从 IncX3 到 IncF 的转变使其更适应临床环境。KpnK48 可能继续进化，变得更具毒力和耐药性，且其在非人类宿主中的存在增加了遗传交换风险。该研究揭示了KpnK48 的进化机制和传播特征，为防控高毒力耐碳青霉烯病原体提供了重要依据。未来还需进一步研究关键基因的功能，优化监测和防控措施，以应对这一严峻的公共卫生挑战。这一研究成果发表在《Drug Resistance Updates》上，为全球范围内应对耐药病原体的研究和防控提供了宝贵的参考。