《Frontiers in Veterinary Science》：First report of carbapenemase-producing bacteria from poultry farms in the United Arab Emirates: an emerging One Health threat
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背景：碳青霉烯酶产生菌（carbapenemase-producing bacteria）对全球公共卫生构成严重威胁，然而其在食用动物生产系统中的存在和分子特征仍知之甚少。本研究首次全面报道了从阿拉伯联合酋长国家禽养殖场分离的碳青霉烯酶产生菌，为人类-动物-环
背景：碳青霉烯酶产生菌（carbapenemase-producing bacteria）对全球公共卫生构成严重威胁，然而其在食用动物生产系统中的存在和分子特征仍知之甚少。本研究首次全面报道了从阿拉伯联合酋长国家禽养殖场分离的碳青霉烯酶产生菌，为人类-动物-环境界面新出现的抗菌药物耐药性风险提供了重要的“一体化健康”（One Health）见解。方法：研究人员于2023年6月至2024年4月期间，从阿拉伯联合酋长国艾因市（Al Ain）两家主要家禽公司的肉鸡养殖场和屠宰场共采集77份样本。分离株在补充美罗培南（meropenem）的MacConkey琼脂上进行筛选，并使用改良碳青霉烯灭活法（modified carbapenem inactivation method, mCIM）确认碳青霉烯酶产生情况。随后进行了抗菌药物敏感性试验，并采用全基因组测序（whole-genome sequencing, WGS）进行物种鉴定、耐药基因组（resistome）和毒力基因组（virulome）特征分析、质粒谱分析及比较基因组学分析。结果：3株分离株（3.9%）被确认为碳青霉烯酶产生菌，其中两株表现出多重耐药性。全基因组测序鉴定出一株携带blaNDM-5的肺炎克雷伯菌（Klebsiella pneumoniae）ST11 KL105分离株，以及两株携带固有碳青霉烯酶blaPOM-1的Metapseudomonas otitidis分离株。该肺炎克雷伯菌分离株含有多种质粒复制子（plasmid replicons）和广泛的耐药基因组。毒力分析显示其具有完整的耶尔森菌素（yersiniabactin）基因座、肠杆菌素（enterobactin）操纵子、ompA和ECP样菌毛基因。比较基因组学分析表明，blaNDM-5的遗传环境高度保守，与2019年从印度获得的一株人类ST11分离株几乎相同。两株M. otitidis分离株的染色体blaPOM-1基因座高度同线，并与2016年美国的一株人类分离株紧密聚类。结论：本研究记录了阿联酋家禽生产系统中碳青霉烯酶产生菌的存在，包括一株携带blaNDM-5的高风险肺炎克雷伯菌ST11克隆。与人类临床分离株的密切基因组相关性凸显了跨部门传播的潜力，并强调了在动物、人类和环境储存库中进行综合基因组监测的重要性。
抗菌药物在抗击感染性疾病中发挥着关键作用，也是器官移植、癌症治疗等高风险医疗程序的重要支撑。然而，抗菌药物的过度使用和误用已导致抗菌药物耐药性（antimicrobial resistance, AMR）成为全球重大公共卫生挑战。碳青霉烯类抗生素（如美罗培南、亚胺培南）被视为治疗人类严重或多重耐药细菌感染的“最后防线”药物，且未被批准用于食用动物生产。因此，在畜牧生产系统中检测到碳青霉烯类耐药菌尤其令人担忧。产碳青霉烯酶细菌可通过移动遗传元件在细菌间、动物-环境-人类之间传播，构成严峻的“一体化健康”（One Health）风险。目前，阿拉伯联合酋长国（UAE）关于产碳青霉烯酶革兰氏阴性菌的数据极为匮乏，尤其在家禽养殖领域。本研究旨在通过表型筛选和全基因组测序，对阿联酋家禽生产系统中的产碳青霉烯酶细菌进行探索性基因组监测，填补这一关键知识空白。
研究人员于2023年6月至2024年4月从阿联酋艾因市两家大型商业家禽公司的肉鸡养殖场和屠宰场共采集77份样本（59份盲肠排泄物和18份盲肠内容物），通过添加美罗培南的MacConkey琼脂进行选择性培养，随后采用改良碳青霉烯灭活法（mCIM）确认碳青霉烯酶产生表型；对阳性分离株进行Kirby-Bauer纸片扩散法药敏试验，并利用Illumina NovaSeq平台进行全基因组测序，分析物种、耐药基因组、毒力基因组、质粒复制子及比较基因组学。系统发育分析基于538株携带blaNDM-5的肺炎克雷伯菌ST11基因组和42株Metapseudomonas otitidis基因组，采用核心基因组单核苷酸多态性（SNPs）构建最大似然树。
### 3.1 细菌分离与碳青霉烯酶确认
在77份样本中，3株分离株（3.9%）经mCIM方法被确认为碳青霉烯酶产生菌，均来自养殖场内的盲肠排泄物。药敏试验显示这些菌株对多种抗生素耐药，其中两株（268MR1和377MR1）符合多重耐药标准。全基因组测序鉴定出一株肺炎克雷伯菌（377MR1）携带blaNDM-5基因，两株Metapseudomonas otitidis（201MP1和268MR1）携带blaPOM-1基因。
### 3.2 基于全基因组测序的耐药基因检测
肺炎克雷伯菌377MR1（ST11）携带B类金属-β-内酰胺酶基因blaNDM-5，同时含有多种β-内酰胺酶基因（blaSHV-182、blaTEM-1B、blaOXA-1）及大量获得性耐药基因，包括氨基糖苷类修饰酶、喹诺酮耐药基因、大环内酯类、磷霉素、苯丙醇、磺胺类、四环素和甲氧苄啶耐药基因。两株M. otitidis则携带固有染色体碳青霉烯酶blaPOM-1和β-内酰胺酶blaLCR-1，并含有外排泵基因tmexD4、喹诺酮耐药基因qnrVC1、磺胺耐药基因sul1和氨基糖苷耐药基因aadA10。
### 3.3 质粒和毒力基因检测
肺炎克雷伯菌377MR1含有IncFIB(K)、IncFII(K)、IncR和Col(MG828)四种质粒复制子，而两株M. otitidis未检出质粒复制子，提示其耐药基因可能由染色体编码。毒力基因分析显示，377MR1携带完整的耶尔森菌素铁载体基因簇（ybt和irp基因）、肠杆菌素系统（fepC、entA、entB）、外膜蛋白ompA以及ECP样粘附菌毛系统基因，这些特征与临床高毒力菌株一致。两株M. otitidis则共享高度相似的毒力基因谱，包括完整的VI型分泌系统（T6SS）、绿脓菌素铁载体基因簇、鞭毛运动基因簇、藻酸盐生物合成基因、IV型菌毛基因、II型分泌系统和LPS核心生物合成基因。
### 3.4 blaNDM-5和blaPOM-1的遗传环境
比较基因组学分析表明，肺炎克雷伯菌377MR1中blaNDM-5嵌入一个高度保守的IS30–blaNDM-5–bleMBL–PRAI–DsbD基因盒，其上下游分别由IS6元件和IS91样转座酶包围。与2019年来自印度的人类分离株K22_GCF_040716055比对显示，该区域近乎完全同线，核苷酸一致性超过98%。两株M. otitidis的blaPOM-1基因位于染色体上保守的mmhH–phnE区域下游，两侧为管家基因ligD和ku，显示该基因为物种固有的、垂直遗传的染色体碳青霉烯酶。
### 3.5 系统发育分析
基于538株携带blaNDM-5的肺炎克雷伯菌ST11基因组的系统发育分析显示，377MR1与来自亚洲的优势KL105荚膜谱系聚类，并与2019年印度人类分离株（GCF_040716055.1）具有最高的基因组相似性。M. otitidis的系统发育分析表明，201MP1和268MR1紧密聚于同一谱系，该谱系还包括2016年美国的人类分离株（GCF_900111283.1），提示存在全球分布的亚谱系。
### 讨论与结论
讨论部分强调，产碳青霉烯酶细菌在动物-人-环境界面上的传播潜力不容忽视。blaNDM-5阳性肺炎克雷伯菌ST11克隆与人类临床分离株共享高度保守的移动遗传元件，提示可能存在跨部门传播或共同的储存库。此外，M. otitidis虽携带固有blaPOM-1，但其额外获得的耐药基因（如tmexD4）增加了临床风险。研究局限性包括样本量小、缺乏正式污染对照、短读长测序无法完全解析质粒结构、以及未进行同期人类和环境采样，因此不能推断直接传播途径。本研究首次对阿联酋家禽生产系统中的产碳青霉烯酶细菌进行了整合表型和基因组特征描述，揭示了与人类临床分离株的基因组关联，为未来更大规模的纵向“One Health”监测提供了重要基线数据。结论指出，该研究记录了阿联酋家禽生产系统中产碳青霉烯酶细菌的存在，包括携带blaNDM-5的高风险肺炎克雷伯菌ST11克隆，其与人类临床分离株的密切基因组相关性强调了在动物、人类和环境储存库中实施综合基因组监测的必要性。
