《Immunology Letters》：Phylogenomic and population genomic insights into the dissemination of ESBL-producing
Escherichia coli causing bloodstream infections in the United Arab Emirates
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本研究聚焦于阿联酋血流感染中产超广谱β-内酰胺酶大肠杆菌（ESBL-producing E. coli）的严峻挑战。为解决其传播机制不清的问题，研究人员结合了群体基因组与系统发育基因组学方法，揭示了以ST131和ST1193为主的高危克隆株的流行、blaCTX-M-15等关键耐药基因的遗传背景，以及与食品、环境等非人类来源菌株的遗传关联。这些结果不仅阐明了阿联酋ESBL大肠杆菌的种群结构和进化关系，更强调了一体化健康框架下进行综合基因组监测对遏制多重耐药病原体传播的重要价值。
在当今世界，抗生素耐药性（AMR）已成为一个迫在眉睫的全球健康威胁。想象一下，曾经可被轻易治愈的细菌感染，如今可能因为细菌进化出了对抗抗生素的“超能力”而变得无药可医。其中，产超广谱β-内酰胺酶大肠杆菌（ESBL-producing Escherichia coli）就是这类“超级细菌”中的佼佼者。它们能产生一类名为ESBL的酶，可以水解青霉素、头孢菌素等关键的β-内酰胺类抗生素，导致治疗失败。更令人担忧的是，这类细菌不仅在医院内造成感染，还可能通过食物链、动物和环境在人群中传播。在阿拉伯联合酋长国（阿联酋，UAE），ESBL大肠杆菌的流行及其导致的感染，尤其是血流感染，已成为重大的公共卫生挑战。然而，人们对这些细菌在阿联酋的种群结构、进化关系以及它们如何在人类和非人类（如食品、家禽、环境）等不同“仓库”之间传播，仍缺乏清晰的了解。为了解决这一问题，研究人员开展了一项深入的研究，并发表在《Immunology Letters》杂志上。
本研究采用了一项综合方法学策略。首先，研究人员分析了2021年至2024年间从阿联酋某医院患者血流感染中分离出的45株ESBL大肠杆菌，进行了全面的药敏测试。随后，从中选取了29株具有代表性的分离株，进行全基因组测序。利用多种生物信息学工具（如ResFinder， MLST， PlasmidFinder， VirulenceFinder）分析了其耐药基因、质粒复制子、毒力基因和序列类型。最后，通过核心基因组多位点序列分型方法，将临床分离株的基因组数据与从阿联酋公开数据库获取的167株来自食品、家禽和环境的E. coli基因组进行比较，构建系统发育树以分析遗传关联。
3.1. 抗菌药物耐药性谱
药敏试验结果显示，分离株对多种常用抗生素表现出高度耐药。例如，对氨苄西林（AMP）的耐药率高达84.4%，对头孢曲松（CRO）的耐药率为64.4%。超过三分之一（37.8%）的分离株表现为多重耐药（MDR）。令人稍感欣慰的是，碳青霉烯类药物（如美罗培南MEM）和氨基糖苷类药物（如阿米卡星AMK）仍保持较高敏感性。
3.2. 分离株的基因型特征
通过PCR技术检测β-内酰胺酶基因，发现blaCTX-M是最普遍的基因，在26株分离株中被检出，且以第一组（Group 1）变异体为主（占84.6%）。
3.3. 分离株的完整基因特征
3.3.1. 检测到的抗菌药物耐药基因
全基因组测序结果证实了表型耐药背后的基因基础。blaCTX-M-15是分布最广的ESBL基因。值得注意的是，在ST405型分离株中还检出了碳青霉烯酶基因blaNDM-5。此外，分离株还携带了大量其他耐药基因，包括针对氨基糖苷类、喹诺酮类、四环素类、磺胺类等多种药物的耐药基因。
3.3.2. 检测到的毒力基因
毒力基因分析发现，所有分离株都携带黏附素基因fimH，多数还携带P菌毛（papA， papC）和I型菌毛（csgA）基因。尤其是ST131型分离株，常携带溶血素（hlyA）、细胞毒性坏死因子（cnf1）和铁获取系统基因（如iucC， iutA），这解释了其作为高风险肠外致病性大肠杆菌（ExPEC）的强致病潜力。
3.3.3. 检测到的质粒
质粒分析表明，多数分离株携带多种质粒复制子，其中IncF家族（如IncFIA， IncFIB）最为常见。这些质粒与blaCTX-M-15等关键耐药基因的传播密切相关。
3.3.4. blaCTX-M-15基因的遗传环境
研究发现，在高危克隆株ST131和ST1193中，blaCTX-M-15基因的遗传环境高度保守，通常被插入序列ISEcp1和IS21等包围，表明这些克隆通过垂直遗传稳定传播该基因。而非ST131谱系的分离株中，该基因周围的遗传结构则更为多样，暗示了多次独立的水平基因转移事件。CTX-M的遗传环境。">
3.3.5. blaNDM-5基因的遗传环境
携带blaNDM-5的ST405分离株（EC1052）的基因环境与经典的NDM转座模块高度相似，但存在一些重组，表明该基因通过质粒获得并正在持续进化中。NDM-1）与EC1052（ST405，携带blaNDM-5）分离株的blaNDM遗传环境比较。">
3.3.6. 分离株的系统发育基因组学分析
基于核心基因组的系统发育分析显示，临床血流感染分离株（本研究）与来自阿联酋的食品（如菠菜）、家禽（如禽肉、粪便）和环境样本中的大肠杆菌分离株存在紧密的遗传关联。例如，临床ST10分离株与从菠菜中分离的菌株聚类在一起，临床ST58分离株与从禽肉中分离的菌株聚类在一起。这为ESBL大肠杆菌在人类与非人类宿主之间存在交叉传播提供了基因组学证据。
综上所述，本研究通过表型与基因组学的整合分析，系统描绘了阿联酋血流感染中产ESBL大肠杆菌的耐药与遗传特征。研究揭示了两个关键结论：首先，阿联酋的ESBL大肠杆菌血流感染主要由国际流行的高危克隆株（如ST131和ST1193）引起，它们携带以blaCTX-M-15为主的多种耐药基因和毒力基因，导致高比例的多重耐药，对临床治疗构成严峻挑战。其次，也是更具公共卫生意义的发现，这些临床菌株在遗传上与本地食品、家禽和环境中的大肠杆菌高度相似，强烈提示存在跨“仓库”（人类、动物、环境）的传播链。这证明了抗菌素耐药性问题是一个复杂的“一体化健康”（One Health）问题，不能仅局限于医院防控。
讨论部分进一步强调了这些发现的深远意义。保守的blaCTX-M-15遗传背景支持了高危克隆的克隆扩张，而质粒（尤其是IncF家族）和移动遗传元件（如ISEcp1）是驱动耐药基因水平传播的关键。研究首次在阿联酋临床菌株中报道了blaNDM-5，敲响了碳青霉烯耐药的警钟。更重要的是，系统发育分析将人类临床感染与食物链、农业环境直接联系起来，为制定基于“一体化健康”理念的综合干预措施（如加强农业抗生素管理、改善环境卫生、实施跨部门基因组监测）提供了至关重要的科学依据。尽管本研究存在样本量有限、未能解析完整质粒结构等局限性，但其结果无疑凸显了在阿联酋乃至全球范围内，建立整合人类、动物和环境监测的基因组学预警体系，对于追踪和限制多重耐药病原体传播的极端重要性和紧迫性。
