首个携带染色体整合blaNDM-5的鼠伤寒沙门氏菌单相变种1,4,[5],12:i:-分离株的鉴定与基因组分析

《Microbial Biotechnology》：Identification and Genomic Analysis of the First Salmonella typhimurium Monophasic Variant 1,4,[5],12:i:- Isolate Harbouring a Chromosomally Integrated blaNDM-5

　　

研究人员报告了首个属于ST34（序列类型34）且携带染色体整合bla_NDM-5（新德里金属-β-内酰胺酶-5基因）的鼠伤寒沙门氏菌（Salmonella typhimurium）单相变种（血清型1,4,[5],12:i:-）临床菌株。虽然bla_NDM-5的染色体整合已在其他肠杆菌目（Enterobacterales）和沙门氏菌血清型中被描述，但这是首次在该高风险克隆中报道此类事件。本研究对该菌株的基因组和流行病学背景进行了特征分析。该分离株（1111-90）来源于一名儿科患者，对其进行了抗菌药物敏感性试验、全基因组测序，并与从PlasmidScope数据库检索的674个完整bla_NDM-5阳性质粒进行了比较基因组分析。该分离株表现出多重耐药（MDR）表型，包括碳青霉烯类耐药，同时保留了对替加环素（tigecycline）和氨曲南（aztreonam）的敏感性。它携带13个抗性基因，分布于染色体和两个质粒上。约11 kb的染色体整合bla_NDM-5片段两侧由同向IS26（插入序列26）元件界定，形成一个IS26边界复合转座子（composite transposon），其边界处无典型的靶位点重复。系统发育分析表明，该染色体片段可能起源于中国流行的IncX3或IncI1质粒谱系。比较遗传分析强调了可移动遗传元件（IS26、IS5和IS3000）在bla_NDM-5于鼠伤寒沙门氏菌中传播的重要作用。IS26边界bla_NDM-5模块在S. 1,4,[5],12:i:- ST34中的染色体整合提示了一个稳定、高风险的碳青霉烯耐药克隆的出现，强调了进行基因组监测以追踪IS26介导的染色体整合事件的必要性。

**论文解读：首个携带染色体整合bla_NDM-5的鼠伤寒沙门氏菌单相变种ST34克隆的鉴定与基因组分析**

**研究背景与问题**

非伤寒沙门氏菌（Non-typhoidal Salmonella, NTS）是全球食源性胃肠炎的主要病原体。其中，鼠伤寒沙门氏菌（Salmonella typhimurium）及其单相变种（血清型1,4,[5],12:i:-，以下简称S. 1,4,[5],12:i:-）因易于传播和获得多重耐药（MDR）而成为突出的公共卫生威胁。在中国，鼠伤寒沙门氏菌仍是临床优势血清型，且全球播散的序列类型34（ST34）克隆因其广泛耐药性和增强毒力，给临床治疗带来巨大挑战。碳青霉烯类抗生素被视为治疗多重耐药鼠伤寒沙门氏菌侵袭性感染的最终选择，但近年来全球范围内耐碳青霉烯类鼠伤寒沙门氏菌的报道不断增加。在新德里金属-β-内酰胺酶（NDM）基因中，NDM-5（NDM-5变体）已取代NDM-1成为主要亚型，具有更强的碳青霉烯和头孢菌素水解能力。此前，bla_NDM-5在鼠伤寒沙门氏菌中主要位于可移动质粒上，但尚未有染色体整合的报道。染色体整合可稳定抗性基因，确保垂直遗传和持续存在。因此，本研究旨在鉴定并表征一株携带染色体整合bla_NDM-5的临床S. 1,4,[5],12:i:- ST34分离株，分析其基因组和耐药特征，并追溯其进化起源。

**研究内容、结论与意义**

研究人员对一株来自儿科肠炎患者粪便的耐碳青霉烯沙门氏菌分离株1111-90进行了全基因组测序和比较基因组学分析。该分离株被鉴定为S. 1,4,[5],12:i:- ST34，其染色体上携带一个约11 kb的bla_NDM-5整合片段，两侧由同向IS26元件界定，形成IS26复合转座子。系统发育分析表明，该染色体片段可能起源于中国流行的IncX3或IncI1质粒谱系。比较遗传分析揭示了可移动遗传元件（IS26、IS5和IS3000）在bla_NDM-5传播中的关键作用。该研究首次报道了bla_NDM-5在S. 1,4,[5],12:i:- ST34染色体中的整合事件，标志着高风险克隆与强效碳青霉烯酶基因的进化融合，强调了加强基因组监测以追踪IS26介导的染色体整合事件的紧迫性。该论文发表在《Microbial Biotechnology》。

**主要关键技术方法**

研究人员采用以下关键技术方法：1. 菌株鉴定与血清分型：使用基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱（MALDI-TOF MS）和玻片凝集试验。2. 全基因组测序与组装：对分离株1111-90进行Illumina和Nanopore双平台测序，利用Unicycler组装完整基因组。3. 生物信息学分析：使用SISTR和MLST进行血清型和序列型（ST）鉴定；利用ResFinder、PlasmidFinder和ISfinder分别鉴定抗性基因、质粒复制子类型和插入序列。4. 比较质粒基因组学：从PlasmidScope数据库收集674个完整bla_NDM-5阳性质粒，进行泛基因组分析、层次聚类和BLASTn比较。样本来源：菌株分离自中国广州南方医科大学第五附属医院一名儿科患者的粪便样本。

**研究结果**

**4.1 细菌鉴定、分型与抗菌药物敏感性谱**
通过全基因组测序和计算机血清分型，分离株1111-90被鉴定为S. 1,4,[5],12:i:-，MLST将其归类为ST34。抗菌药物敏感性试验（AST）显示多重耐药（MDR）表型：对所有测试的β-内酰胺类药物（包括青霉素类、β-内酰胺/β-内酰胺酶抑制剂组合、头孢霉素类、头孢菌素类和碳青霉烯类）均耐药，包括头孢他啶-阿维巴坦（CZA），但对氨曲南（ATM）敏感；对甲氧苄啶-磺胺甲噁唑（SXT）、氯霉素（C）和四环素（TE）耐药；对替加环素（TGC）敏感，对左氧氟沙星（LVX）呈中介。

**4.2 基因组特征与抗性基因图谱**
全基因组测序共鉴定出13个抗性基因。染色体携带7个基因：tet(A)、qnrS1、bla_NDM-5、ble_MBL、sul1、aadA2和dfrA12。p0111样质粒（p1111-90-1）携带6个基因：floR、第二个tet(A)等位基因、bla_TEM-1、aph(6)-Id、aph(3″)-Ib和sul2。IncQ1型质粒（p1111-90-2）携带aph(3′)-Ia。这些基因的分布解释了观察到的MDR表型。

**4.3 关于bla_NDM-5在鼠伤寒沙门氏菌中定位的文献综述**
系统检索PubMed（截至2026年5月25日）发现10项研究报告了携带bla_NDM-5的鼠伤寒沙门氏菌分离株，所有菌株均来自中国，其中9项明确为ST34，且bla_NDM-5位于质粒上，主要质粒类型为IncX3、IncHI2、IncFII和IncI1。本研究首次报道了bla_NDM-5在S. 1,4,[5],12:i:- ST34中的染色体整合。

**4.4 染色体bla_NDM-5片段的系统发育起源与流行病学背景**
在菌株1111-90的染色体上鉴定出一个约11 kb的bla_NDM-5基因组位点。BLASTn分析显示该片段与质粒序列100%同源，证实其近期从质粒前体转移至染色体。对674个bla_NDM-5阳性质粒进行泛基因组层次聚类，染色体bla_NDM-5位点聚在Cluster 12，该簇包含54个质粒，主要复制子类型为IncX3（27.8%）和IncI1（20.4%）。流行病学桑基图显示，这些质粒主要来自亚洲（中国为主要贡献者），宿主以大肠杆菌和肺炎克雷伯菌为主。结果表明，该染色体片段可能起源于中国流行的IncX3或IncI1质粒谱系。

**4.5 鼠伤寒沙门氏菌中bla_NDM-5遗传环境的比较结构**
染色体bla_NDM-5区域的遗传环境为“IS26- ΔISEcp1- ΔISAba125- bla_NDM-5- ble_MBL- trpF- dsbC- IS91- sul2- emrE- aadA2- dfrA12- xerD- IS26”，两侧由两个同向IS26元件界定。BLASTn比较显示，该区域与英国犬源大肠杆菌ST410分离株中染色体整合的bla_NDM-5片段（99.98%同源性）高度相似，后者两侧为IS15DIV元件。与其他鼠伤寒沙门氏菌质粒bla_NDM-5环境比较发现，核心模块“ΔISAba125- bla_NDM-5- ble_MBL- trpF- dsbC”在所有环境中保守，而IS91家族元件仅存在于染色体位点和IncI1质粒pLS20223695_NDM5中。IS5和IS3000元件在不同质粒类型中频繁出现，表明IS26、IS5、IS3000在bla_NDM-5传播与重排中发挥中心作用。

**讨论与结论**

**讨论总结**
本研究首次报告了S. 1,4,[5],12:i:- ST34中bla_NDM-5的染色体整合事件，由IS26复合转座子驱动。该事件确保了抗性基因的稳定垂直遗传，可能促进高风险克隆的克隆扩增。染色体整合片段的遗传环境与犬源大肠杆菌ST410中的同类结构高度一致，提示IS26家族转座子是保守的bla_NDM-5捕获单元。比较基因组分析强烈支持该染色体片段起源于中国流行的IncX3或IncI1质粒谱系，尤其是IncI1质粒pLS20223695_NDM5，其与染色体位点具有最接近的遗传环境，进一步证实了IS26家族复合转座子介导的跨物种bla_NDM-5动员。IS5和IS3000等插入序列在bla_NDM-5核心模块上游的变异，反映了可移动遗传元件在抗性基因传播中的灵活性与关键作用。研究局限性包括单菌株观察、缺乏功能验证实验以及潜在适应性代价未评估。

**结论翻译**
总之，研究人员报告了首个携带染色体整合bla_NDM-5的鼠伤寒沙门氏菌单相变种（血清型1,4,[5],12:i:-）ST34临床分离株。该事件标志着一个高风险克隆与一种强效碳青霉烯酶基因的进化融合，并通过IS26复合转座子得以稳定。研究数据表明，bla_NDM-5的传播由保守的插入序列和可移动抗性模块驱动。这些发现强调了加强基因组监测以追踪此类染色体稳定化高风险克隆传播的必要性。