百邁客生物與廣東省科學(xué)院動物研究所合作，兩年(2020-2021)連發(fā)3篇文章，影響因子總計13.934，文章結(jié)合藥敏試驗(yàn)、細(xì)菌完成圖測序、MLST分型和比較基因組學(xué)等分析，深度解析了多重耐藥菌克雷伯氏菌和奇異變形桿菌的耐藥機(jī)制和可能的傳播途徑，對于未來探索細(xì)菌抗性基因的傳播擴(kuò)散機(jī)制具有重要意義。
在恭喜老師論文發(fā)表的同時，我們對文章進(jìn)行了解讀，分享給各位讀者，本期分享的為細(xì)菌基因組成功案例，希望能夠?yàn)楦魑焕蠋熖峁┭芯克悸贰?/p>
成功案例一：中國紅袋鼠超廣譜β-內(nèi)酰胺酶多重耐藥肺炎克雷伯菌的特征及流行病學(xué)研究
期刊：Frontiers in Microbiology
影響因子：5.640
發(fā)表時間：2020年10月
合作單位：廣東省科學(xué)院動物研究所
研究方法：全基因組測序(ONT)，藥敏試驗(yàn)，質(zhì)粒接合與轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)，MLST分型
研究內(nèi)容
β-內(nèi)酰胺酶的耐藥性對公共衛(wèi)生構(gòu)成了嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。產(chǎn)超廣譜β-內(nèi)酰胺酶肺炎克雷伯菌克隆的報道越來越多。人們對動物園中耐藥菌株的流行率和生物學(xué)特征知之甚少。在鄭州動物園的常規(guī)監(jiān)測中，研究者在健康紅袋鼠(Macropus Rufus)體內(nèi)發(fā)現(xiàn)了嚴(yán)重多重耐藥肺炎克雷伯菌。研究者從紅袋鼠中分離出1株多重耐藥肺炎克雷伯菌，通過全基因組測序表明菌株染色體基因組Chr-M297-1攜帶blaDHA-3、blaSHV-1、blaCTX-M-14等抗性基因；pM297-1.1攜帶blaCTX-M-14、blaTEM-191等9個抗性基因；pM297-1.2攜帶blaTEM–1、blaCTX–M–3等22個抗性基因?？勺匪菪苑治霰砻?，這兩個質(zhì)粒與從中國四川省南部一些城市的人類臨床樣本中提取的質(zhì)粒高度相似(>99%)，表明這些質(zhì)粒在中國正在傳播。此外，通過E. coli J53接合試驗(yàn)表明兩個攜帶接合轉(zhuǎn)移基因的質(zhì)粒通過接合促進(jìn)了抗菌基因的傳遞。該研究表明，產(chǎn)超廣譜β-內(nèi)酰胺酶肺炎克雷伯菌的傳播和適應(yīng)發(fā)生在動物園環(huán)境中，動物園可能成為臨床重要耐藥基因的重要潛在儲存庫。因此，有必要監(jiān)測動物園環(huán)境下圈養(yǎng)野生動物中耐藥基因株的出現(xiàn)和傳播情況。
圖1.多重耐藥肺炎克雷伯氏菌M297-1分離株質(zhì)粒中的抗生素抗性基因、插入序列和復(fù)合轉(zhuǎn)座子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。
(A)pM297-1.1與其同源質(zhì)粒MDR區(qū)域特性及比較；(B)pM297-1.2與其同源質(zhì)粒MDR區(qū)域特性及比較。
成功案例二：克雷伯氏菌多復(fù)制子抗性質(zhì)粒介導(dǎo)廣泛抗性基因傳播
期刊：Frontiers in Microbiology
影響因子：5.640
發(fā)表時間：2021年10月
合作單位：廣東省科學(xué)院動物研究所
研究方法：全基因組測序(ONT)，多重耐藥表型評估，比較基因組分析
研究內(nèi)容
多復(fù)制子耐藥質(zhì)粒已成為革蘭氏陰性菌耐藥基因的重要載體，但多復(fù)制子質(zhì)粒的進(jìn)化尚不清楚。該研究采用微量肉湯稀釋法對2018年至2020年從不同野生動物和環(huán)境中分離到的56株克雷伯氏菌進(jìn)行了表型鑒定，并對其進(jìn)行了測序和分析，以進(jìn)行細(xì)菌全基因組關(guān)聯(lián)研究。結(jié)果表明，非人類來源的菌株對氨芐西林的耐藥率較高(80.36%)，且耐藥范圍較廣。馬來亞穿山甲分離株對頭孢類抗生素高度耐受，同時對氯霉素、左氧氟沙星和復(fù)方新諾明等藥物耐受?；蚪M分析表明，這些菌株的抗性質(zhì)粒攜帶多種抗生素耐藥基因。進(jìn)一步對69個質(zhì)粒序列分析表明，28個質(zhì)粒為多復(fù)制子質(zhì)粒，主要攜帶blaCTX-M-15、blaCTX-M-14、blaCTX-M-55、blaOXA-1和blaTEM-1等β-內(nèi)酰胺酶基因。對不同分離株攜帶的質(zhì)粒分析表明，Klebsiella pneumoniae可能是一種重要的多復(fù)制子質(zhì)粒宿主。質(zhì)粒骨架和結(jié)構(gòu)分析表明，多拷貝質(zhì)粒是由兩個或兩個以上的單個質(zhì)粒融合而成，對抗生素環(huán)境具有很強(qiáng)的適應(yīng)性，不斷增強(qiáng)耐藥菌株在世界范圍內(nèi)傳播的能力。綜上所述，多復(fù)制子質(zhì)粒比非復(fù)制子質(zhì)粒能夠更好地攜帶抗性基因，這可能是細(xì)菌對高抗生素壓力環(huán)境反應(yīng)的重要機(jī)制。該研究對于未來探索細(xì)菌抗性基因的傳播擴(kuò)散機(jī)制具有重要意義。
圖2.基于16S rRNA序列的系統(tǒng)發(fā)育樹的構(gòu)建。
內(nèi)環(huán)1：分離物種；內(nèi)環(huán)2：菌種；內(nèi)環(huán)3：攜帶質(zhì)粒的菌株；外環(huán)：攜帶β-內(nèi)酰胺類耐藥基因和氨基糖苷類耐藥基因的質(zhì)粒。
成功案例三：從中國野生動物分離的多重耐藥奇異變形桿菌：增加公共衛(wèi)生風(fēng)險
期刊：Integrative Zoology
影響因子：2.654
發(fā)表時間：2021年7月
合作單位：廣東省科學(xué)院動物研究所
研究方法：全基因組測序(ONT)，耐藥基因分析
研究內(nèi)容
奇異變形桿菌(Proteus Mirabilis)臨床分離株出現(xiàn)多重耐藥(MDR)是一個日益嚴(yán)重的公共衛(wèi)生問題，并對野生動物造成嚴(yán)重影響。作者從12個不同物種中分離鑒定了54株奇異變形桿菌（P. mirabili）。藥敏結(jié)果表明25株為多重耐藥菌株。采用全基因組測序方法對10株分離株進(jìn)行比較基因組分析。結(jié)果表明，奇異變形桿菌主要攜帶碳青霉烯類耐藥基因blaOXA-1、blaNDM-1和blaTEM-1。TN21、TN7和SXT/R391移動元件導(dǎo)致這些耐藥基因的廣泛傳播。綜上所述，從野生動物分離的P.mirabilis對臨床常用藥物的耐藥性高于從人類分離的。因此，攜帶MDR臨床分離株的野生動物應(yīng)引起公共衛(wèi)生部門的重視。
圖3.抗生素抗性基因的傳播循環(huán)架構(gòu):涉及人類、動物和環(huán)境的多個方面。
總結(jié)
通過以上三篇文章，我們可以發(fā)現(xiàn)，菌株耐藥性研究，一般流程為：1）菌株分離；2）藥敏試驗(yàn)；3）細(xì)菌基因組測序；4）耐藥基因分析；5）比較基因組分析；通過三代測序（Nanopore/PacBio）可獲得細(xì)菌基因組的完整序列，進(jìn)而可在基因組層面深入研究菌株耐藥基因與傳播機(jī)制。
以上論文的測序和部分?jǐn)?shù)據(jù)分析工作由北京百邁客生物科技有限公司完成。如您有任何疑問，歡迎討論區(qū)留言或者發(fā)郵件給我們（郵箱地址：tech@biomarker.com.cn）
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參考文獻(xiàn)：
1. Wang X, Zhao J, Ji F, et al. Multiple-Replicon Resistance Plasmids of Klebsiella Mediate Extensive Dissemination of Antimicrobial Genes[J]. Frontiers in microbiology, 2021: 3159.
2. Wang X, Zhao J, Ji F, et al. Multiple-Replicon Resistance Plasmids of Klebsiella Mediate Extensive Dissemination of Antimicrobial Genes[J]. Frontiers in microbiology, 2021: 3159.
3. Kang Q, Wang X, Zhao J, et al. Multidrug‐resistant Proteus mirabilis isolates carrying blaOXA‐1 and blaNDM‐1 from wildlife in China: increasing public health risk[J]. Integrative Zoology, 2021, 16(6): 798-809.
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