基于新型扩增子指纹图谱技术追踪早产儿重症监护病房中克雷伯菌爆发的传染源

本研究针对NICU(新生儿重症监护病房)中难以溯源的克雷伯菌(Klebsiella)感染问题，开发了基于长读长16-23S rRNA基因测序的扩增子指纹图谱(ASV fingerprinting)技术。研究人员通过分析早产儿粪便、母乳及临床分离株，成功追踪到致死性K. quasipneumoniae从母乳到肠道再到血液的传播路径，同时区分了同期住院患儿的不同定植菌株。该技术为医院感染暴发调查提供了高通量高分辨率的解决方案，对NICU感染防控具有重要临床意义。

　　

在新生儿重症监护病房(NICU)这个生命最初的战场上，早产儿们不仅要与发育不成熟的器官作斗争，还时刻面临着隐形杀手的威胁——医院获得性感染。其中，克雷伯菌肺炎复合体(Klebsiella pneumoniae species complex, KpSC)成员已成为导致新生儿败血症和死亡的重要病原体。这些机会致病菌利用早产儿免疫系统薄弱、抗生素暴露频繁以及依赖导管和呼吸机等医疗设备的特点，在NICU环境中悄然传播。更令人担忧的是，大多数感染的确切来源往往难以确定，使得感染控制措施如同"盲人摸象"。

针对这一临床难题，康涅狄格儿童医学中心(Connecticut Children's Medical Center)的研究团队开展了一项创新性研究。他们开发了一种名为StrainID的新型扩增子指纹图谱方法，通过对~2,500 bp的16-23S rRNA基因区域进行长读长测序，创建了独特的菌株"指纹"模式。这项发表在《Antimicrobial Resistance》上的研究，不仅成功追踪了一对双胞胎早产儿中致死性K. quasipneumoniae从母乳到肠道再到血液的传播路径，还区分了同期住院患儿的不同定植菌株，为NICU感染防控提供了强有力的分子流行病学工具。

研究人员主要采用了三种关键技术：1)长读长16-23S rRNA基因测序(PacBio Sequel IIe平台)建立菌株特异性扩增子序列变异(ASV)指纹；2)全基因组测序(WGS)验证临床分离株的系统发育分类；3)基于DADA2算法的微生物组分析流程。研究对象包括2021年康涅狄格儿童医院NICU收治的克雷伯菌感染患儿(双胞胎A1/A2和婴儿B)及其母乳样本，以及同期住院的非感染早产儿(婴儿C/D)的系列粪便样本。

临床病例与菌株溯源

研究首先报道了一对孕23周出生的双胞胎的悲惨经历。在出生后第9-10天，双胞胎A1出现肠穿孔和感染性休克，血和腹腔液培养检出K. pneumoniae，最终死亡；同时双胞胎A2也出现败血症，血和气管吸出物培养阳性但幸存。通过ASV指纹图谱分析，研究人员惊人地发现：来自双胞胎A1血液、A2血液和气管、以及喂养母乳的分离株具有完全相同的指纹模式，证实了母乳作为传染源的关键作用。全基因组测序进一步将这些临床分离株重新分类为K. quasipneumoniae。

菌株鉴别与定植动态

研究同时分析了同期住院的另一名结膜炎患儿(婴儿B)的结膜分离株，其ASV指纹与双胞胎的致死菌株截然不同，被确认为K. pneumoniae。纵向粪便样本监测显示，双胞胎幸存者A2肠道中致死菌株在败血症发生时占主导，抗生素治疗后暂时消失，但停药后又持续定植12周。而婴儿B的感染菌株也来自其自身肠道菌群，持续定植至出生后29天。

微生物传播模式

对非感染婴儿C的分析揭示了肠道内同时存在K. pneumoniae和K. aerogenes两种菌株的复杂定植模式。更有意义的是，通过分析另一对母婴样本(婴儿D)，研究发现母乳中的K. pneumoniae、Enterococcus faecalis、Veillonella和Bifidobacterium breve等菌株能够成功定植婴儿肠道，尽管这些菌在母乳中的相对丰度远低于皮肤共生菌。

这项研究通过创新的扩增子指纹图谱技术，解决了传统微生物组分析无法区分菌株的瓶颈问题。研究证实：1)母乳可能是NICU中致死性克雷伯菌传播的重要媒介；2)侵袭性病原体与肠道定植菌株具有同一性；3)母乳微生物对早产儿肠道菌群建立具有重要影响。与传统WGS相比，该方法能在复杂微生物组环境中实现高通量、高分辨率的菌株追踪，仅需数千倍的测序数据量即可达到相似分辨率。

该技术的临床应用前景广阔：首先，可作为医院感染暴发调查的常规工具，快速识别传播源和传播链；其次，通过定期监测各种潜在病原体储库(如母乳、设备表面等)，可建立预警系统；最后，该方法也可用于研究早产儿肠道菌群建立的规律，为微生物干预提供科学依据。值得注意的是，虽然研究证实了母乳传播的可能性，但污染途径(如吸奶器或皮肤)仍需进一步调查。这项研究为NICU感染控制提供了新的技术手段和科学见解，将有助于降低早产儿医院感染的发生率和死亡率。