《npj Antimicrobials and Resistance》：Genomic survey uncovers the emergence of a multidrug-resistant dominant lineage in Proteus mirabilis populations
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为系统阐明全球范围内奇异变形杆菌（Proteus mirabilis）的种群结构与耐药进化机制，本研究整合了跨越34个国家、16个生态位的1142株基因组数据，通过系统发育基因组学、进化年代测定与功能实验，揭示了一个携带高耐药基因负荷（如blaKPC-2、blaIMP-27）并富含毒力因子agn43的优势多重耐药谱系（Cluster-1）的全球传播历程，其成功与PmGRI1基因岛及agn43介导的生物膜形成、热应激耐受和群集运动等适应性进化密切相关。
奇异变形杆菌（Proteus mirabilis）是一种臭名昭著的革兰氏阴性机会致病菌，以其独特的“群集运动”能力闻名。它是导管相关性尿路感染（Catheter-associated urinary tract infections, CAUTIs）和医院内感染并发症的主要元凶之一，可引发肾盂肾炎、尿石症和菌血症等严重问题。更令人担忧的是，该细菌不仅对多粘菌素、替加环素等最后防线抗生素具有天然耐药性，而且能通过获取超广谱β-内酰胺酶（Extended-spectrum β-lactamase, ESBL）、AmpC酶和碳青霉烯酶等基因，进化出对多种抗生素的抵抗能力，导致临床治疗选择日益狭窄。尽管高通量测序技术已产生了海量的基因组数据，但科学界对奇异变形杆菌在全球范围内的种群结构、进化历史以及驱动其抗生素耐药性传播的关键因素，仍缺乏系统性的认识。为了填补这一知识空白，一项整合了大规模基因组学与功能实验的研究在《npj Antimicrobials and Resistance》上发表，系统描绘了一个在全球范围内成功传播的多重耐药优势谱系的崛起之路。
本研究主要采用了以下关键技术方法：研究人员整合了来自实验室保存（325株）和NCBI公共数据库（817株），总计1142株、覆盖34个国家、16个生态位（包括人、家畜、零售肉类等）的奇异变形杆菌基因组。通过种群基因组聚类（PopPUNK）、核心基因组最大似然系统发育树构建、全基因组关联分析（Genome-wide association study, GWAS）解析种群结构。利用ResFinder、VFDB数据库注释抗生素耐药基因（Antimicrobial resistance genes, ARGs）和毒力相关基因（Virulence-associated genes, VAGs），并筛查了Tn7、PmGRI1等可移动遗传元件。通过贝叶斯进化年代测定追溯谱系起源时间，并基于单核苷酸多态性（Single nucleotide polymorphism, SNP）距离分析菌株的地理与宿主间传播。最后，通过基因敲除与回补实验，结合生物膜形成、热应激耐受和群集运动等表型实验，对关键基因agn43进行了功能验证。
研究结果
奇异变形杆菌的种群结构
对1142株基因组进行聚类分析，识别出178个基因组簇，其中Cluster-1脱颖而出，包含233个基因组（占总数的20%），是第二大簇的4.6倍，成为最主要的谱系。Cluster-1菌株主要来源于人，且富含耐药基因岛PmGRI1（71.1%）。
主要谱系Cluster-1携带更多抗生素耐药基因并富含毒力基因agn43
与其它谱系相比，Cluster-1基因组平均携带的ARGs数量显著更高（平均17.9个），且高流行率的碳青霉烯酶基因blaKPC-2和blaIMP-27、ESBL基因blaCTX-M-65等临床重要耐药基因在Cluster-1中更为常见。在毒力基因方面，Cluster-1中自转运蛋白粘附素基因agn43的携带率显著富集，其富集程度最为显著。
agn43位于PmGRI1上
分析发现，agn43基因位于多重耐药基因岛PmGRI1上。该基因岛不仅存在于奇异变形杆菌，也存在于大肠杆菌和肺炎克雷伯菌中，提示了其通过水平基因转移传播的可能性。agn43属于C6型，很可能从大肠杆菌获得。
Cluster-1菌株在全球广泛分布并可在宿主间传播
基于SNP距离的传播分析显示，在设定的阈值下，Cluster-1是国际间传播事件的主要贡献者。中国和美国是传播热点。更重要的是，Cluster-1同样主导了人与非人宿主（家畜、零售肉类）之间的交叉传播事件，凸显了其在跨物种传播中的核心作用。
Cluster-1的系统发育年代测定
贝叶斯进化分析估算出Cluster-1的最晚共同祖先大约出现在1910年。该谱系随后在1989年左右经历了有效种群规模的突然扩张，并分化为两个亚支：Subclade-A和Subclade-B。在Subclade-B中，又进化出两个携带碳青霉烯酶基因的重要分支：一个是中国分支（携带blaKPC-2，约2002年出现），另一个是美国分支（携带blaIMP-27，约2009年出现）。
agn43对Cluster-1菌株的影响
功能实验表明，敲除agn43基因会导致菌株的生物膜形成能力显著降低，对热应激（52°C）的耐受性下降，并且在LB琼脂平板上的群集运动能力大幅减弱（迁移直径从84毫米降至53毫米）。这些表型与细菌在医院环境中的持久定植、宿主适应和快速播散密切相关。
研究结论与重要意义
本研究通过大规模基因组调查，揭示了一个在全球奇异变形杆菌种群中占主导地位的多重耐药谱系Cluster-1的崛起。该谱系不仅携带了显著增加的抗生素耐药基因库（包括高风险的碳青霉烯酶基因），其成功传播还与获得位于PmGRI1基因岛上的毒力因子agn43密切相关。进化分析将其起源追溯至20世纪初，并在20世纪80年代末期开始快速扩张。功能实验证实，agn43通过增强生物膜形成、热应激耐受性和关键的群集运动能力，为Cluster-1谱系在医院环境和宿主体内的适应与传播提供了关键的进化优势。研究表明，Cluster-1是一个具有强大跨国界、跨宿主传播能力，并携带临床重要耐药基因的谱系，其进化成功是抗生素耐药性与毒力适应性性状协同作用的结果。这项研究系统地描绘了多重耐药奇异变形杆菌的全球传播图谱，鉴定出驱动其流行病学成功的关键遗传因子，强调了在监测耐药性发展的同时，关注毒力与适应性进化的重要性，为未来针对此类高威胁病原体的感染防控策略提供了重要的科学依据。
