耶尔森菌慢性感染期间宿主内进化揭示抗生素耐受与耐药性新机制

这项研究揭示了耶尔森菌（Yersinia enterocolitica, Ye）在14年慢性感染过程中的宿主内进化机制。研究人员通过分析4株临床分离株，发现基因组缩减、DNA旋转酶gyrA新突变导致喹诺酮耐药、OmpF截断与β-内酰胺酶协同介导头孢曲松耐药等关键机制。蛋白质组重塑显示严格应答（Stringent Response, SR）紊乱和代谢损伤是抗生素耐受的基础，为慢性感染治疗提供了新见解。

　　

在临床感染治疗中，细菌通过进化产生的抗生素耐药性一直是困扰医学界的难题。更令人担忧的是，某些细菌还能发展出"耐受性"——即使不产生基因突变，也能通过降低代谢活性等方式暂时抵抗抗生素杀伤。这种耐受性往往成为耐药性进化的"垫脚石"，但具体机制尚不清楚。法国巴黎西岱大学和巴斯德研究所的研究团队在《Nature Communications》发表的研究，通过追踪一位老年患者体内持续14年的耶尔森菌感染，首次揭示了这种病原体在长期抗生素压力下的进化轨迹。

研究人员面临的科学问题极具挑战性：为何某些细菌感染会反复发作？在长期抗生素治疗下，细菌如何逐步获得耐药性？又是哪些因素导致治疗失败？为回答这些问题，研究团队对患者14年间分离的4株耶尔森菌进行了多组学分析。这个独特的时间序列样本为研究细菌宿主内进化提供了难得的机会。

研究采用的关键技术包括：全基因组测序和比较基因组分析追踪基因变异；抗生素敏感性测试和杀灭动力学评估表型变化；质谱蛋白质组学揭示全局蛋白表达改变；基因编辑技术验证关键突变功能；以及生物信息学方法分析进化速率和选择压力。特别值得注意的是，所有菌株均来自同一患者的连续血流感染分离株，确保了研究样本的时序性和同源性。

基因组进化分析揭示关键发现

通过构建包含259株耶尔森菌的进化树，研究证实4株临床分离株属于同一进化分支。早期分离株（Ye.1和Ye.2）基因组高度相似，而晚期分离株（Ye.3和Ye.4）积累了285个共同突变和3个大片段缺失，导致约100个基因丢失。这种基因组缩减是细菌适应宿主环境的典型特征。时间估算显示患者可能在1999年10月就已感染，比首次确诊早两个月。

耐药机制的多层次解析

研究发现了两个关键耐药突变：gyrA基因3个核苷酸缺失导致天冬氨酸82和丝氨酸83被单个甘氨酸取代，这是首次报道的喹诺酮耐药新机制。实验证实该突变使萘啶酸MIC从0.006μg/mL升至0.047μg/mL。另一个重要发现是Ye.4株OmpF孔蛋白截断突变，与β-内酰胺酶BlaA和BlaB表达增加协同导致头孢曲松耐药（MIC>256μg/mL）。通过基因回补实验，研究人员验证了这些突变的功能贡献。

蛋白质组重塑揭示耐受性基础

质谱分析发现早期与晚期分离株间近半数蛋白质表达差异。晚期菌株表现出：核糖体蛋白和tRNA加工酶上调；嘌呤、嘧啶和核黄素代谢下调；铁获取系统增强而储存蛋白减少。这些变化与严格应答（SR）突变体特征高度相似，特别是△dksA菌株。SR调节紊乱导致代谢减缓，使细菌倍增时间从49分钟延长至5小时38分钟，这解释了为何晚期菌株在0.25μg/mL环丙沙星中存活更久（25小时后仍可检测）。

关键突变的功能验证

研究团队通过精细的遗传操作验证了多个突变的功能：pitA基因截断降低氨基糖苷类敏感性；tesB第280位甘氨酸→丝氨酸突变破坏酶活性中心氢键网络，使硫酯酶II活性降低；dksA基因区域缺失增加对β-内酰胺类和氨基糖苷类的敏感性。这些发现完善了对细菌适应性进化的认识。

讨论与意义

这项研究首次系统描绘了耶尔森菌在长期感染中的进化轨迹，揭示了几个重要科学发现：1）发现gyrA新型缺失突变导致的喹诺酮耐药机制；2）阐明OmpF截变与β-内酰胺酶协同耐药原理；3）证实SR紊乱是抗生素耐受的关键驱动因素；4）揭示代谢重构与毒力衰减的宿主适应策略。

临床意义上，研究强调了对植入装置相关感染早期移除的重要性，并为慢性感染治疗提供了新思路：针对SR通路或特定代谢环节的辅助治疗可能预防耐受性产生。此外，发现gyrA新耐药位点有助于改进喹诺酮耐药检测方法。

这项由Cyril Savin和Pierre Lé-Bury领衔的研究，通过多学科方法破解了细菌在"持久战"中的生存策略，为理解病原体进化提供了范例。正如研究者指出："从耐受性到耐药性的转变是抗感染治疗面临的关键挑战，需要紧急应对。"该成果为开发针对慢性感染的新疗法奠定了重要基础。