ST11型碳青霉烯耐药肺炎克雷伯菌通过插入序列将毒力质粒片段整合至染色体的机制研究

本研究系统解析了9株blaKPC-2阳性ST11-KL47型碳青霉烯耐药肺炎克雷伯菌(CRKP)中p17-15vir毒力质粒片段通过IS26介导整合至染色体的分子机制。研究人员发现整合区域可分为三类结构模式，首次证实ISKpn1为优先插入热点，且携带rmpA2和iucABCD等毒力基因的片段能在无抗生素压力下稳定遗传。该成果为监测CR-hvKP（碳青霉烯耐药高毒力肺炎克雷伯菌）的进化传播提供了关键理论依据。

　　

在微生物与人类健康的博弈中，肺炎克雷伯菌(Klebsiella pneumoniae)正演变成令人担忧的"超级对手"。这种机会致病菌不仅能引发肺炎、血流感染等严重疾病，更通过获得耐药基因和毒力因子不断升级威胁。近年来，碳青霉烯耐药肺炎克雷伯菌(CRKP)与高毒力肺炎克雷伯菌(hvKP)的"强强联合"尤为棘手——当CRKP获得毒力质粒后，会进化成兼具多重耐药性和高致病性的CR-hvKP，导致临床治疗失败率和死亡率显著升高。

郑州大学第一附属医院临床检验中心的研究团队在《BMC Microbiology》发表的重要研究，揭示了这一进化过程中的关键机制。通过对9株ST11-KL47型CRKP临床分离株的系统分析，发现毒力质粒p17-15vir的片段可通过插入序列IS26介导整合至细菌染色体，且这些携带rmpA2（调控黏液表型）和iucABCD（负责铁载体合成）等毒力基因的菌株中，有7株在小鼠感染模型中表现出高毒力表型。

研究采用多组学技术联用策略：通过Illumina和Nanopore双平台测序完成全基因组解析；采用S1-PFGE和Southern杂交定位耐药基因；建立BALB/c小鼠感染模型评估毒力；运用生物信息学工具分析插入区域结构特征。特别值得注意的是，所有菌株均来自2018-2019年郑州大学教学医院的临床样本，涵盖血液、胸腔积液等不同来源。

研究结果呈现三大发现：

1. 毒力基因的染色体整合模式

   通过比较基因组学将整合区域分为三类结构群（I-III组），其中I组特征性地插入染色体ISKpn1位点并形成10 bp直接重复序列(CCCGAAGAAC)。

   

2. IS26介导的整合机制

   提出"切割-环化-插入"三步模型：IS26首先介导毒力质粒片段环化，随后通过同源重组将其插入染色体ISKpn1或IS26邻近区域。值得注意的是，I组整合片段可形成环状中间体，暗示其潜在移动能力。

3. 临床与进化意义

   小鼠感染实验显示，7株整合菌株的致死率超过50%，证实染色体整合毒力基因可维持高致病性。

   
   稳定性实验证实，这些整合片段在无抗生素压力下仍能稳定遗传（48/48分离株保持阳性）。系统进化分析揭示，这些菌株与国内外其他ST11分离株存在密切亲缘关系，提示该进化事件可能具有跨区域传播风险。

该研究首次系统阐明了毒力质粒片段染色体整合的分子机制，突破性地发现ISKpn1作为新型插入热点。这些发现为理解CR-hvKP的进化提供了全新视角：传统认为毒力基因主要通过质粒水平转移传播，而本研究证明染色体整合可能成为更稳定的传播途径。尤其值得注意的是，整合事件能使菌株在摆脱质粒负担的同时保留毒力优势，这种"轻装上阵"的进化策略可能加速CR-hvKP的临床扩散。

从公共卫生角度看，研究强调需加强对染色体整合型CR-hvKP的监测。由于这类菌株的毒力基因难以通过常规质粒消除策略清除，针对IS26等移动元件的干预可能成为新的防控靶点。该成果为耐药菌进化预警系统的建立提供了重要分子标记，对指导临床抗感染治疗具有积极意义。