血流感染大肠杆菌中β-内酰胺酶编码基因变体通过多种遗传谱系传播的基因组特征研究

本研究针对血流感染(BSI)中大肠杆菌(E. coli)的多重耐药性问题，通过全基因组测序(WGS)分析557株临床分离株，揭示了ST69/73/95/127/131等主要序列型(ST)携带blaTEM-1、blaCTX-M等15种β-内酰胺酶变体及铁摄取系统的分布特征。研究发现37.7%菌株携带bla基因，其中ST131谱系呈现ESBL(超广谱β-内酰胺酶)与质粒介导的耐药基因共传播现象，并通过核心/附属基因组分析鉴定出12组疑似流行病学关联(PEL)。该研究为理解BSI病原体进化及耐药传播机制提供了重要基因组学证据。

　　

血流感染(BSI)作为威胁生命的全身性感染，每年导致全球近300万人死亡，其中大肠杆菌(Escherichia coli)占比高达24%。随着β-内酰胺类抗生素的广泛使用，产超广谱β-内酰胺酶(ESBL)的耐药菌株急剧增加，使得临床治疗面临严峻挑战。尤其令人担忧的是，ST131等高危克隆通过质粒携带bla_CTX-M等耐药基因在全球扩散，但不同遗传谱系在BSI中的传播动态及基因组特征仍缺乏系统研究。

为解析这一问题，美国达特茅斯-希契科克医学中心的研究团队对2016-2022年间557例BSI来源的E. coli进行了全基因组测序和表型分析。研究发现这些菌株分属133个序列型(ST)，其中ST95(17.2%)、ST131(13.5%)等五个优势谱系占据半壁江山。通过比较基因组学手段，研究者不仅绘制了耐药基因的传播图谱，还揭示了铁摄取系统与菌株适应性的关联规律，相关成果发表于《Communications Medicine》。

研究采用三大关键技术：①自动化药敏检测(Neg MIC Panel 46)评估20种抗生素的耐药表型；②全基因组测序(Illumina NextSeq2000)结合Shovill组装获得高质量基因组；③生物信息学流程(Panaroo/AMRFinderPlus)系统分析耐药基因、毒力因子及质粒特征。样本来源于新罕布什尔州单一医疗中心的患者血培养分离株，经伦理审查后去除患者标识信息。

主要发现如下：

1. 血流感染大肠杆菌的种群结构与抗原多样性
基于3,422个核心基因构建的系统发育树显示，O25:H4(12.7%)和O1:H7(9.5%)是最常见血清型，分别与ST131和ST95强相关。fimH分型揭示fimH30(15.1%)在ST131中的优势分布，而ST95则主要携带fimH41(13.1%)。值得注意的是，同一ST内存在血清型年际波动现象，如ST69包含12种血清型，暗示抗原变异可能促进免疫逃逸。

2. β-内酰胺酶基因的谱系特异性传播
共鉴定62种获得性耐药基因，bla_TEM-1(26.6%)是最普遍的β-内酰胺酶基因。ST131展现出独特的耐药基因组合，同时携带bla_CTX-M-15、bla_OXA-1等7种变体，且35株ESBL阳性菌均伴有gyrA^S83L/parC^S80I突变。质粒分析表明IncF型质粒(31.1%)是bla基因和铁摄取系统(iuc/iro)的主要载体，ST131平均携带3.16个质粒，显著高于其他谱系。

3. 铁摄取系统的差异化分布
所有菌株均含肠杆菌素(ent)操纵子，而耶尔森菌素(ybt)、气杆菌素(iuc)和沙门菌素(iro)的携带率分别为63%、43.8%和33%。ST95中68.8%菌株仅含ybt系统，而59株ST131(78.7%)特异性地保留iuc系统。这种差异可能反映不同谱系在血液环境中获取铁元素的策略分化。

4. 基于基因组学的流行病学关联
通过≤10个核心SNP的严格标准，发现12组疑似传播事件(PEL)，时间跨度2-18个月。ST131-O25:H4-fimH30克隆在PEL_3和PEL_5中传播ESBL基因，而ST95则通过多血清型(fimH41/fimH27)参与3起PEL。附属基因组分析显示Jaccard距离<0.123，提示近期共同来源。

结论与意义
该研究首次系统描绘了BSI相关E. coli的基因组景观，揭示三个关键机制：①多重耐药性通过IncF质粒在遗传异质性谱系间水平转移；②ST131通过"ESBL+氟喹诺酮耐药突变"组合增强适应性；③铁摄取系统分化可能影响不同ST的组织嗜性。这些发现为院内感染防控提供了分子标记，其中基于核心/附属基因组的PEL识别方法，可优化疫情响应时效性。未来需关注ST1193等新兴谱系的进化动态，其基因组特征暗示可能复制ST131的成功传播模式。

研究局限性包括短读长测序对质粒组装的限制，以及缺乏患者临床数据关联分析。作者建议扩大监测网络以追踪耐药克隆的跨区域传播，这对延缓后抗生素时代的到来具有重要公共卫生价值。