台湾患病食源性动物中耐多药大肠杆菌对多粘菌素与氟喹诺酮耐药性的基因组特征分析

《Antibiotics》：Genomic Characterization of Colistin and Fluoroquinolone Resistance in Multidrug-Resistant Escherichia coli from Diseased Food-Producing Animals in Taiwan

　　

食源性动物中大肠杆菌(E. coli)抗微生物药物耐药性的全球传播是同一健康框架内的关键关注点，特别是因为具有临床相关性的耐药决定因子存在跨越动物-环境-人类界面传播的潜在可能。尽管产超广谱β-内酰胺酶(ESBL)的大肠杆菌菌株已被广泛表征，但在动物相关群体中，针对作为最后手段的关键抗微生物药物多粘菌素和氟喹诺酮的基因组耐药机制仍未被完全了解。本研究表征了来自患病食源性动物的耐多药(MDR)大肠杆菌中的这些耐药机制。研究人员使用全基因组测序(WGS)表征了来自台湾患病家畜和家禽的77株MDR大肠杆菌分离株，并分析了其潜在的耐药机制及这些机制的共存情况。研究鉴定出了质粒介导的多粘菌素耐药基因，包括mcr-1.1、mcr-3.1和mcr-3.5，以及染色体突变（如pmrB替换），这表明存在多条进化多粘菌素耐药性的途径。氟喹诺酮耐药性是由喹诺酮耐药决定区(QRDR)的染色体突变和质粒介导的喹诺酮耐药(PMQR)基因（包括qnr变体和aac(6′)-Ib-cr）共同驱动的。值得注意的是，针对多种抗微生物类别的耐药决定因子的频繁共存，提示存在促进水平基因转移的可移动遗传元件。结论：尽管部分分离株与研究人员先前以ESBL为重点的研究中报告的菌株有重叠，但本研究对β-内酰胺酶之外的耐药机制进行了全面的基因组剖析。个别分离株中多粘菌素、氟喹诺酮和ESBL相关耐药决定因子的汇聚，凸显了食源性动物作为耐多药宿主的潜在作用，并对跨部门传播具有潜在影响。这些发现强调了在“同一健康”框架下实施旨在应对潜在人畜共患传播的综合监测策略的重要性。

在“同一健康”框架下，食源性动物中耐多药(MDR)大肠杆菌(E. coli)的全球传播引起了广泛关注。多粘菌素和氟喹诺酮是治疗人类和兽医临床严重感染的关键抗微生物药物，尤其是多粘菌素常被视为治疗碳青霉烯耐药革兰阴性菌感染的“最后防线”。然而，质粒介导的多粘菌素耐药基因（如mcr变体）的出现及其高传播潜力引发了全球公共卫生危机。同时，兽医临床对氟喹诺酮的广泛使用也导致了由染色体喹诺酮耐药决定区(QRDR)突变和质粒介导的喹诺酮耐药(PMQR)基因驱动的严重耐药问题。尽管先前的研究已对食源性动物中产超广谱β-内酰胺酶(ESBL)大肠杆菌进行了初步探讨，但针对这些关键抗微生物药物在动物相关群体中的基因组耐药机制仍缺乏全面且深入的理解。为此，研究人员针对台湾地区患病食源性动物中的MDR E. coli开展了系统性研究，旨在揭示其对多粘菌素和氟喹诺酮的复杂基因组耐药机制。该研究成果已发表于《Antibiotics》期刊，不仅填补了非β-内酰胺类耐药机制的基因组学认知空白，也为评估食源性动物作为耐多药宿主的潜在风险及其跨部门传播提供了关键科学依据。

为开展此项研究，研究人员主要采用了全基因组测序(WGS)技术，对采集自台湾家禽和家畜的77株MDR E. coli临床分离株进行了深入分析。样本队列来源明确，包括表现为大肠杆菌病的禽类脏器样本及表现为腹泻的家畜粪便拭子样本。研究团队利用EnteroBase平台进行了基因组组装，并基于Clermont系统发育方案开展系统发育分群分析。同时，借助AMRFinderPlus工具对耐药基因组特征进行了全面鉴定；通过构建基于核心基因组遗传距离的系统发育树，结合表型最小抑菌浓度(MIC)数据，深度评估了基因型与表型耐药之间的相关性。

研究结果部分涵盖了多个维度的发现。在“基因组概述与系统发育分布”方面，研究通过系统发育分析发现，大部分分离株归属于通常被视为共生或动物适应型谱系的A和B1群，而未发现通常引起人类侵袭性感染的B2群。这表明该群体中的多重耐药性主要维持在共生或动物适应谱系内。针对“多粘菌素耐药的系统发育分布及基因型-表型相关性”，研究通过WGS鉴定出质粒介导的mcr-1.1和mcr-3变体等耐药基因，以及染色体pmrB Y358N等突变。通过基因型与表型对比，研究人员得出结论，多数携带耐药决定因子的分离株表现出MIC值升高，但少数差异可能源于基因表达调控、异质性耐药或数据库未完全覆盖的机制。关于“氟喹诺酮耐药机制及基因型-表型相关性”，研究指出QRDR染色体突变（特别是gyrA和parC）是高水平耐药的主要驱动力，而包括qnr变体和aac(6′)-Ib-cr在内的PMQR基因也广泛存在。两者在单一分离株中的叠加揭示了互补耐药机制协同促进耐药性持久化的现象。在“耐药基因组特征及耐药决定因子的共存”方面，研究发现所有分离株均携带多重耐药基因（如tetA、sul1、blaCTX-M-55等），且针对多粘菌素、氟喹诺酮和β-内酰胺等多类抗生素的耐药决定因子在同一宿主内频繁共存。这一现象强提示存在可移动遗传元件，可作为耐药基因富集与转移的平台。

在讨论环节，研究人员进一步强调了食源性动物在“同一健康” continuum中的宿主作用。虽然本研究未能涵盖健康动物的共生菌群对照且缺乏质粒接合等长期功能性验证，但此次全面的基因组学剖析确证了耐药决定因子广泛分布式扩散的特征。研究结论部分明确指出，MDR E. coli对多粘菌素和氟喹诺酮的耐药机制具有高度复杂的遗传架构。质粒介导的mcr基因与染色体QRDR突变及多重耐药特征的相互汇聚，凸显了食源性动物作为传播宿主的严峻威胁。这些发现强化了在“同一健康”框架下实施全过程基因组监测的必要性，对防范跨越动物、环境与人类界面的人畜共患传播风险具有深远意义。