COVID-19大流行期间产KPC与NDM的肺炎克雷伯菌ST307型质粒多样性研究：耐药基因传播机制与临床意义

为解决肺炎克雷伯菌ST307型在COVID-19大流行期间广泛传播且同时产KPC和NDM碳青霉烯酶的问题，研究人员通过全基因组测序和转录分析，揭示了6株临床分离株中9种质粒的遗传结构及KPC-2/3与NDM-1/5的表达差异。研究发现ST307通过多样性质粒传播耐药基因，且KPC-2表达显著高于NDM-1/5，为耐药防控提供新依据。

　　

研究背景

在全球抗菌药物耐药性(AMR)危机中，产碳青霉烯酶的肠杆菌目细菌(CPE)已成为公共卫生重大威胁。肺炎克雷伯菌(Klebsiella pneumoniae)作为WHO优先病原体，其高耐药克隆ST307型在COVID-19大流行期间于阿根廷爆发性增长，2021年检出率较2019年激增50%，且近半数菌株同时携带KPC（丝氨酸碳青霉烯酶）和NDM（金属β-内酰胺酶）基因。这种"双保险"耐药模式极大限制了临床治疗选择，但ST307如何获得并维持多种碳青霉烯酶的机制尚不明确。

研究设计与方法

阿根廷国家耐药参考实验室(NRRLAR)的研究团队选取6株具有不同脉冲场电泳(PFGE)分型、地域分布和bla_KPC/bla_NDM等位基因组合的ST307临床分离株（2020-2021年收集），通过Illumina和纳米孔(GridION)双平台测序完成质粒从头组装，结合S1-PFGE质粒图谱、实时定量PCR(qRT-PCR)分析基因表达，并利用AMRfinderPlus等工具注释耐药基因。

主要发现

1. 质粒多样性特征

   通过全基因组测序鉴定出20个质粒（3.7-250 Kb），包含IncC、IncM1、IncR及IncFIB/IncHI1B等9种复制子类型。其中：

   • IncC质粒：均携带bla_NDM-1，与2014年阿根廷报道的质粒相比保持97%同源性但结构持续进化

   • IncM1质粒：仅含bla_KPC-2的非Tn₄₄₀₁元件(NTE_KPC-I)

   • IncHI1B/IncFIB杂交质粒：在相同位点可插入bla_NDM-5或bla_KPC-2，证明其作为"基因载体"的灵活性

2. 耐药基因分布

   单个菌株携带2-4个质粒，其中pM27083_179质粒含13个耐药基因（包括bla_CTX-M-15和rmtC甲基化酶），而pM25821_77仅含bla_KPC-2，显示质粒功能分化。

3. 表达调控差异

   qRT-PCR显示KPC-2表达量是NDM-1/5的2-300倍（p<0.05），但基因拷贝数与质粒拷贝数无显著差异，提示存在转录后调控机制。携带Tn_4401a的KPC-2因多启动子结构可能比NTE_KPC-I具有更高表达潜力。

结论与意义

该研究首次系统揭示了ST307通过"质粒混搭"策略获得双重碳青霉烯酶能力的分子机制：

1. 流行病学意义：IncC等广宿主谱质粒与IncF等窄宿主谱质粒的协同传播，加速了NDM-1和KPC-2在阿根廷医疗机构的流行

2. 临床启示：KPC-2的高表达可能主导表型耐药，但NDM-1/5的持续存在构成"耐药储备"，需开发同时靶向两类酶的抑制剂

3. 技术示范：结合长读长测序与转录组学为追踪耐药质粒进化提供新范式

论文发表于《Infection, Genetics and Evolution》，为拉丁美洲碳青霉烯酶防控政策制定提供了关键分子流行病学证据。