基于脉冲场凝胶电泳与全基因组测序的碳青霉烯耐药肺炎克雷伯菌同源性比较分析及其分子流行病学意义

本研究针对碳青霉烯耐药肺炎克雷伯菌(CRKP)院内传播防控难题，通过脉冲场凝胶电泳(PFGE)和全基因组测序(WGS)技术对44株临床分离株进行多维度同源性分析，发现ST11型菌株呈现显著多态性，并揭示blaKPC-2、blaNDM-4等耐药基因分布特征。研究创新性整合平均核苷酸一致性(ANI)、核心基因系统发育树等7种基因组学方法，为CRKP分子流行病学研究提供了高分辨率技术体系。

　　

碳青霉烯耐药肺炎克雷伯菌(CRKP)已成为全球公共卫生重大威胁，世界卫生组织将其列为亟需新型抗生素的优先病原体。中国细菌耐药监测网数据显示，2014至2022年间CRKP检出率从6.4%攀升至10%，而美国CDC更将其认定为"紧急公共卫生威胁"。面对临床治疗选择有限和医院感染暴发风险，精准追踪CRKP传播链成为感染控制的关键。传统脉冲场凝胶电泳(PFGE)虽为金标准，但其分辨率有限且无法揭示基因组层面的细微差异。

中山市中医医院研究人员在《Gene》发表的研究，创新性地将PFGE与全基因组测序(WGS)技术联用，对2017-2023年收集的44株CRKP临床分离株展开系统研究。团队采用二代测序(DNBSEQ-T7平台)和三代测序(Nanopore)技术对27株代表性菌株进行全基因组解析，通过SPAdes组装和Pilon校正获得高质量基因组。运用多位点序列分型(MLST)确定ST分型，采用FastANI计算平均核苷酸一致性，Roary流程进行泛基因组分析，并整合核心基因系统发育树、全基因组单核苷酸多态性(SNP)系统发育树等7种生物信息学方法，从多角度解析菌株同源性。

研究结果部分，PFGE聚类将39株菌分为18个克隆型(A-S)，其中A型包含11株相似度>96.6%的菌株。MLST显示优势型别为ST147(37.04%)和ST11(22.22%)。耐药基因分析发现88.89%菌株携带碳青霉烯酶基因，ST11携带bla_KPC-2而ST147携带bla_NDM-4。基因组岛(GIs)预测显示ZSYY2株含15个长度5652-31578bp的GIs，前噬菌体分析发现ZSYY29株含7个长度9382-59685bp的完整前噬菌体。

ANI分析显示同源菌株间ANI>99.99%，而与非同源菌株GCA_904865705.1的ANI仅约95%。泛基因组热图证实同源菌株基因簇高度相似，BSR散点图显示同源菌株评分集中近中线。系统发育分析中，16S rRNA树与PFGE结果差异显著，而核心基因树和全基因组SNP树与PFGE高度一致。SNP距离热图显示ST11同源菌株SNP差异达62-221个，最小生成树(MST)将ST11分为两个亚群。

时空分布分析揭示6起克隆传播事件，包括2017年ICU/肾内科bla_KPC-2-ST11暴发(4例)和2022年神经外科bla_NDM-4-ST147暴发(11例)。值得注意的是，神经外科成为多起基因型不同CRKP传播的热点区域。

讨论部分指出，ST11-CRKP呈现显著多态性，其SNP差异最高达925个，可能与抗生素选择压力下的基因组进化有关。研究首次报道ST147主要携带bla_NDM-4而非国际常见的bla_NDM-1。通过整合PFGE与多组学WGS分析，证实核心基因系统发育树和全基因组SNP分析能更准确反映菌株亲缘关系。

该研究的重要意义在于建立了CRKP分子分型的多维度技术体系，揭示ST11菌株在临床环境中的动态进化特征，为医院感染溯源提供高分辨率分析工具。发现神经外科为CRKP传播高风险科室，提示需加强该病区环境监测。对bla_NDM-4-ST147和bla_IMP-4-ST896等罕见型的报道，丰富了我国CRKP流行病学数据库，为临床抗感染策略制定提供科学依据。