婴儿肉毒杆菌中首次检出链阳菌素A乙酰转移酶基因vatD：美国病例的基因组特征与耐药机制研究

本研究通过全基因组测序(WGS)技术，首次在美国婴儿肉毒杆菌(Clostridium botulinum)临床分离株染色体中发现链阳菌素A乙酰转移酶基因vatD（检出率15%），揭示了该耐药基因的分子特征及潜在水平转移机制，为理解肉毒杆菌基因组可塑性及耐药基因跨种传播提供了重要证据。

　　

ABSTRACT

婴儿肉毒杆菌病是美国最常见的肉毒中毒形式，由产肉毒神经毒素(BoNT)的梭菌在婴儿肠道定植引发。传统治疗中抗生素被禁用以避免加剧毒素释放，因此肉毒杆菌的耐药基因(ARG)研究甚少。2020-2023年间，通过全基因组测序(WGS)分析226株临床分离株，意外发现15%（36株）携带链阳菌素A耐药基因vatD变体。这是首次在美国婴儿源肉毒杆菌中报道该基因的染色体定位。

INTRODUCTION

肉毒杆菌产生的BoNT根据血清型分为A-G七类，其中A/B型是美国主要流行株。婴儿肉毒杆菌病(IB)的治疗依赖抗毒素BabyBIG^?，抗生素会因细菌裂解加重症状。美国CDC国家肉毒杆菌实验室(NBL)通过WGS技术发现，36株菌的vatD基因与肠球菌BM4145株(登录号NG_048540.1)有93%-95%同源性，但存在C端5个氨基酸延伸等变异。

MATERIALS AND METHODS

研究菌株来自婴儿粪便样本或州立实验室存档。通过McClung-Toabe卵黄琼脂分离，TPGY培养后提取DNA，使用Illumina平台测序。Bactopia流程进行组装、MLST分型（鉴定出ST-100等8种型别）和ARG筛查。通过MOB-suite预测质粒，IslandView4分析基因组岛，并与中国18株、阿根廷1株vatD⁺菌株进行泛基因组比较。

RESULTS

菌株特征
33株携带bont/B1基因（均位于256kb质粒），3株非产毒。德州分离株占55.6%（20/36），MLST以ST-100为主（23株）。质粒与pBT-22100019(CP121697.1)同源性>99.7%。

vatD基因特性
• 蛋白序列含关键活性位点Tyr-37/His-82/Trp-121（与参考株一致）
• 基因簇存在两种构型：32株两侧为aadA/catB（介导链霉素/氯霉素耐药），4株含bpsA基因
• 系统发育显示与中国株（Cluster 2）亲缘更近，与参考肠球菌株（Cluster 3）分化明显

基因组分析
核心SNP系统发育分为A/B两大谱系，B谱系含83%菌株（主要来自德州）。泛基因组分析显示肉毒杆菌为开放基因组（Heap's Law γ=0.16），7,292个基因中2,568个为核心基因。

DISCUSSION

本研究首次揭示vatD在肉毒杆菌染色体中的整合现象。该基因可能通过基因组岛从肠球菌水平转移获得，其保守活性位点提示潜在功能。值得注意的是，高检出率的德州/阿肯色州均为美国畜牧业大州，暗示兽用链阳菌素（如维吉尼亚霉素）的选择压力可能与基因传播相关。尽管临床禁用Q/D（奎奴普丁-达福普汀）抗生素，但农业持续使用可能维持耐药基因库。

未来需通过表型实验验证vatD功能，并追踪抗生素政策变化对耐药谱的影响。该发现凸显WGS在病原体监测中的价值，为理解梭菌属基因组可塑性及耐药传播机制提供了新视角。