戰(zhàn)勝超級細(xì)菌的關(guān)鍵基因線索——質(zhì)粒測序

來自威爾康桑格研究所和牛津大學(xué)大數(shù)據(jù)研究所的基因組病原體監(jiān)測中心的研究人員，一起使用基因組測序技術(shù)分析質(zhì)粒和從歐洲醫(yī)院病人身上采集的肺炎克雷伯菌樣本中的細(xì)菌染色體。

9月24日發(fā)表在《PNAS》上的這項發(fā)現(xiàn)揭示了抗生素耐藥基因通過質(zhì)粒在細(xì)菌群體中傳播的三種不同途徑。研究人員說，在追蹤抗生素耐藥性時，將質(zhì)粒包括在內(nèi)是至關(guān)重要的，這樣才能最大限度地阻止超級細(xì)菌。

腸桿菌科細(xì)菌家族的成員可以對碳青霉烯類抗生素一線抗生素產(chǎn)生耐藥性，并被收入世界衛(wèi)生組織優(yōu)先病原體嚴(yán)重疾病名單。在這個家族中，肺炎克雷伯菌是一種機(jī)會性病原體，可引起嚴(yán)重疾病，包括肺炎和腦膜炎。

肺炎克雷伯菌通過獲得抗生素耐藥基因（碳青霉烯酶基因）對碳青霉烯類抗生素產(chǎn)生耐藥性，該基因編碼一種“吞噬”抗生素的酶。
 
在肺炎克雷伯菌中，這些碳青霉烯酶基因通常存在于質(zhì)粒上，質(zhì)?？梢栽诓煌旰筒煌N類的細(xì)菌之間“跳躍”，這意味著抗生素耐藥基因可以迅速傳播，并推動全世界耐藥細(xì)菌感染的迅速上升。

因此，研究人員在追蹤細(xì)菌的進(jìn)化和傳播時，必須包括質(zhì)粒，才能真正了解抗生素耐藥基因是如何傳播的。然而，由于基因序列的大小和變異性，以前很難對其進(jìn)行可靠的測序。

現(xiàn)在有了長讀測序技術(shù)研究人員能夠讀取并重建質(zhì)粒的完整序列。

在一項新研究中，基因組病原體監(jiān)測中心的研究人員和他們的合作者對來自歐洲范圍內(nèi)的79份肺炎克雷伯菌樣本進(jìn)行了長時間的基因組測序。

研究小組從這些樣本中產(chǎn)生了完整的質(zhì)粒序列，并與來自同一調(diào)查的1700多份先前的短讀測序肺炎克雷伯菌樣本一起進(jìn)行了研究，以了解抗生素耐藥基因是如何在歐洲醫(yī)院的細(xì)菌群中傳播的。

來自基因組病原體監(jiān)測中心的第一作者Sophia David博士說：“為了全面了解抗生素耐藥性是如何傳播的，我們需要考慮質(zhì)粒的作用。在這項首次在大陸范圍內(nèi)分析質(zhì)粒遺傳序列的研究中，我們發(fā)現(xiàn)了抗生素耐藥基因通過質(zhì)粒在肺炎克雷伯菌群中傳播的三條主要途徑?！卑ㄒ粋€質(zhì)粒在多個菌株之間跳躍，多個質(zhì)粒在多個菌株之間傳播，以及多個質(zhì)粒在一個菌株內(nèi)傳播。

來自德國弗賴堡大學(xué)的Hajo Grundmann教授說：“這些關(guān)于肺炎克雷伯菌抗生素耐藥基因傳播途徑的新見解對于控制抗生素耐藥感染的爆發(fā)至關(guān)重要。了解了這些傳播策略，就可以定制干預(yù)措施，要么控制顯性質(zhì)粒，控制優(yōu)勢菌株，要么在復(fù)雜的情況下，同時控制兩者。例如，如果醫(yī)院爆發(fā)疫情，而該菌株攜帶了一個高風(fēng)險的質(zhì)粒，那么該質(zhì)粒就有可能跳入其他細(xì)菌菌株或物種中，那么必須對該菌株或物種進(jìn)行更多監(jiān)測?！?br>
研究小組還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)碳青霉烯酶基因被高風(fēng)險菌株獲得時，此時，編碼碳青霉烯酶基因的質(zhì)粒最容易傳播。這加強(qiáng)了在醫(yī)療環(huán)境中通過早期檢測和嚴(yán)格的感染控制來防止高風(fēng)險菌株傳播的重要性。

基因組病原體監(jiān)測中心主任、聯(lián)合首-席作者davidaanensen教授說：“在追蹤某些抗生素耐藥細(xì)菌時，質(zhì)粒是一個缺失的部分。分析細(xì)菌染色體和質(zhì)粒的遺傳序列可以讓我們更詳細(xì)地了解抗生素抗性基因和機(jī)制在人群中的傳播。細(xì)菌的基因組監(jiān)測應(yīng)包括質(zhì)粒和其他移動元件