肯尼亚内罗毕穆库鲁非正式定居点 5 岁以下腹泻儿童多重耐药大肠杆菌全基因组测序的分子特征研究

本研究通过全基因组测序，对肯尼亚内罗毕穆库鲁非正式定居点 5 岁以下腹泻儿童分离的多重耐药（MDR）大肠杆菌（E. coli）的毒力基因、系统发育群、抗生素抗性基因（ARGs）等进行分子表征，为当地 MDR 大肠杆菌分子流行病学提供重要数据。

　　

研究背景与目的

腹泻性大肠杆菌（DEC）是导致全球儿童腹泻的主要病原体之一，尤其在非洲地区，5 岁以下儿童因 DEC 感染导致的死亡人数每年高达 7 万。多重耐药（MDR）DEC 的出现加剧了治疗挑战，其中产超广谱 β- 内酰胺酶（ESBL）和碳青霉烯酶的菌株成为全球关注的重点。本研究针对肯尼亚内罗毕穆库鲁非正式定居点 5 岁以下腹泻儿童分离的 MDR 大肠杆菌，通过全基因组测序（WGS）分析其毒力基因、系统发育群、抗生素抗性基因（ARGs）、质粒复制子、多位点序列分型（MLST）及核心基因组 MLST（cgMLST），旨在揭示当地 MDR 大肠杆菌的分子特征及传播模式。

材料与方法

研究采用横断面设计，从 4 所医疗机构招募腹泻儿童（≤5 岁），排除近 7 天使用抗生素的患儿，收集 219 份粪便样本。通过培养、PCR 及 VITEK 2 系统鉴定细菌，筛选出 39 株 MDR 菌株（含 27 株大肠杆菌），提取 DNA 后进行 Illumina HiSeq 2000 测序。利用生物信息学工具分析基因组数据，包括耐药基因（ResFinder）、毒力基因（VirulenceFinder）、系统发育群（Clermont typing）、MLST、cgMLST 及质粒复制子（PlasmidFinder）等。

结果

细菌鉴定与耐药表型

39 株 MDR 菌株中，26 株为大肠杆菌，VITEK 2 系统对部分菌株存在误鉴定（如将肠杆菌属、克雷伯菌属误判为大肠杆菌），WGS 校正了物种鉴定结果。所有大肠杆菌对氨苄西林、头孢唑林和复方磺胺甲恶唑的耐药率均超过 85%，对氟喹诺酮类（环丙沙星）耐药率为 53%，对碳青霉烯类（美罗培南）耐药率为 7.7%（2 株完全耐药）。

系统发育群与 FimH 分型

大肠杆菌分为 4 个主要系统发育群：B2（38.5%）、D（15.4%）、A（11.5%）、B1（3.8%），30.8% 未确定。FimH30 是最常见的菌毛类型（26.9%），主要分布于 B2 群和 ST131 型菌株。

毒力基因分布

共检测到 40 种毒力基因，涉及黏附（如 fimH、afaC）、铁摄取（fyuA、iucB）、毒素（hlyA、stx）及效应蛋白（ipaH）等类别。B2 群富集毒素和铁载体相关基因（如 hlyA、iuc），而 D 群携带独特的黏附基因（如 agg3C）。

耐药基因与质粒特征

β- 内酰胺类耐药基因以 bla_TEM-1B和 bla_CTX-M-15为主，氟喹诺酮耐药基因包括 qnrS1（23.1%）、qnrB4（7.7%）及 aac (6′)-Ib-cr（30.8%）。15 株菌在 gyrA（S83L、D87N）和 parC（S80I、E84V）基因存在氨基酸突变，与氟喹诺酮耐药相关。质粒复制子以 IncF 家族（如 IncFII (pRSB107)）为主，其次为 Col 家族，部分菌株携带多个质粒类型。

序列分型与遗传相关性

检测到 13 种 ST 型，ST131 为优势型（46.2%），主要分布于门诊样本，而住院样本以 ST1722、ST2076 等为主。cgMLST 分析显示，仅 2 株来自同一诊所的 ST131 菌株存在密切遗传关联（2 个等位基因差异），提示局部传播可能。

重要发现

首次在肯尼亚发现 ST46 型大肠杆菌携带 bla_NDM-5基因，该基因位于 Col (BS512)、IncFII (pRSB107) 和 IncFIB (AP001918) 质粒上，提示碳青霉烯耐药基因的传播风险。

讨论

WGS 揭示了传统鉴定方法的局限性，强调分子鉴定的重要性。优势系统发育群 B2 和 ST131 型与全球流行的高风险克隆一致，其携带的 ESBL 基因（如 bla_CTX-M-15）和氟喹诺酮耐药突变加剧了治疗难度。值得注意的是，腹泻菌株中检测到肠外致病大肠杆菌（ExPEC）毒力基因，提示其潜在的混合致病机制。此外，氨基糖苷类耐药基因的存在与表型药敏结果的不一致可能导致临床治疗失败，需警惕耐药基因的潜在表达风险。

结论与意义

本研究首次在肯尼亚报道 ST46 型大肠杆菌携带 bla_NDM-5基因，揭示了当地 MDR 大肠杆菌的遗传多样性及传播特征。研究结果为优化抗菌药物管理、追踪克隆传播及制定公共卫生干预策略提供了重要依据，强调需加强对高风险克隆和耐药质粒的监测，以应对日益严峻的耐药性挑战。