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本研究聚焦粘菌素（多粘菌素 E）对多重耐药（MDR）肺炎克雷伯菌的作用，发现其可诱导全基因组转座事件，插入序列（IS）元件数量显著增加，揭示抗生素除耐药外还介导细菌基因组进化，为耐药机制研究和临床用药提供新视角。
研究背景与目的
插入序列（IS）元件是细菌中常见的转座元件，可引发基因突变和基因组重排，在抗生素耐药传播中起重要作用。粘菌素作为对抗多重耐药（MDR）革兰氏阴性菌的最后防线抗生素，其诱导的 IS 元件转座及全基因组效应尚不明确。本研究旨在探究粘菌素暴露对 MDR 肺炎克雷伯菌全基因组转座的影响，结合临床样本和体外实验验证其机制。
研究方法与结果
临床样本分析
研究纳入 12 对临床分离的肺炎克雷伯菌（每对包含粘菌素敏感株和耐药株），其中 10 对来自接受粘菌素治疗或选择性去定植的患者，2 对为未暴露于粘菌素的对照。结果显示，8/10 临床同基因对中，粘菌素耐药株的 IS 元件数量平均增加 33%（范围 12%-121%）。例如，希腊患者分离的 3319S（敏感株）和 3359R（耐药株）中，耐药株 IS 元件数量从 34 增加至 75，增幅达 121%。
体外进化实验
通过体外传代实验，将粘菌素敏感株 3319S 在递增浓度的粘菌素压力下培养，获得三株耐药克隆（3319S-2R、3319S-4R、3319S-10R），其 IS 元件数量较亲本株（34 个）显著增加（53-67 个），增幅 56%-97%。无粘菌素压力的对照组未观察到 IS 元件增加。进一步分析发现，粘菌素压力下，ISKpn14、ISKpn25、IS15DIV等元件拷贝数显著升高，其中 ISKpn14通过 “复制 - 粘贴” 机制插入 mgrB 基因启动子区，导致该基因失活，是粘菌素耐药的关键机制。
基因组与功能分析
全基因组测序和比较分析表明，耐药株中 IS 元件不仅插入 mgrB 基因，还分布于胆碱转运蛋白、汞转运蛋白、ABC 转运蛋白等基因的 5' 或 3' 端，可能影响细菌代谢和应激反应。此外，IS 元件插入生物膜相关基因（如 pga 操纵子和 mrkH 基因），但由于研究菌株为生物膜形成缺陷型（ST258），未观察到生物膜表型变化。
讨论与结论
本研究首次通过临床样本和体外实验证实，粘菌素可诱导肺炎克雷伯菌全基因组 IS 元件转座，导致基因组广泛重排。这一现象不仅限于耐药基因（如 mgrB）的破坏，还涉及代谢、毒力等相关基因，提示抗生素可能通过促进基因组可塑性加速细菌进化。研究还发现，质粒携带的 IS 元件（如 pKpQIL 质粒上的 ISKpn14）在转座中起重要作用，且不同 IS 元件在体内外的偏好性不同（如体内以 ISKpn25为主，体外以 ISKpn14为主）。
尽管存在粘菌素浓度异质性、转座机制差异等局限性，本研究为抗生素诱导的细菌基因组进化提供了新证据，强调了 IS 元件在耐药和适应性进化中的核心作用，对临床粘菌素的合理使用和耐药防控具有重要意义。未来需进一步研究 IS 元件动态变化的分子机制及其与细菌致病性的关系。
