中国血流感染相关产碳青霉烯酶肠杆菌的基因组及表型多样性——一项多中心流行病学、微生物学和遗传学研究丨Engineering
中国血流感染相关产碳青霉烯酶肠杆菌的基因组及表型多样性——一项多中心流行病学、微生物学和遗传学研究丨Engineering
engineering2015
《Engineering》是中国工程院院刊主刊，工程类综合性期刊，旨在为全球提供一个高水平的工程科技重大成果发布交流平台，报道全球工程前沿，促进工程科技进步，服务社会、造福人类。中国科技期刊卓越行动计划领军期刊。 中英文出版，全文开放获取。
本文选自中国工程院院刊《Engineering》2022年第12卷 ，原文出自：Genomic and Phenotypic Diversity of Carbapenemase-Producing Enterobacteriaceae Isolates from Bacteremia in China: A Multicenter Epidemiological, Microbiological, and Genetic Study
引言
产碳青霉烯酶肠杆菌（CPE）是对全球公共卫生产生最严重威胁的病原菌之一。然而，血流感染（BSI）中CPE分离株的种群结构和遗传特征在很大程度上尚不清楚。为解决这一认知差距，浙江大学肖永红研究团队将具有临床意义的由CPE引起的BSI患者纳入本研究，并且于2014—2015年在中国26家哨点医院招募相关患者。对CPE分离株进行微生物学和基因组学表征，包括耐药谱、分子分型、系统发育特征以及碳青霉烯酶编码基因的遗传背景分析。在采集的2569株BSI相关肠杆菌中，发现42株（1.6%）为碳青霉烯酶阳性。此外，对2242株大肠埃希菌、肺炎克雷伯菌、奇异变形杆菌和产酸克雷伯菌进行了产超广谱β-内酰胺酶（ESBL）检测试验，发现1111株（49.6%）产ESBL菌株。全基因组测序分析显示，在收集的菌株中，产肺炎克雷伯菌碳青霉烯酶（KPC）-2的ST11型肺炎克雷伯菌和产新德里金属β-内酰胺酶（NDM）-5的ST167型大肠埃希菌在中国存在克隆扩散现象。质粒分析显示碳青霉烯酶编码基因位于多种类型的质粒上。此外，观察到在肺炎克雷伯菌分离株中生物膜形成相关的3型菌毛簇基因和耶尔森菌素相关毒力基因的分离率较高。本研究证明了产ESBL菌株在中国BSI分离株中的高流行率及CPE菌株在其中的广泛传播，凸显了上述两类病原菌在临床中产生的威胁。此外，本研究首次全面表征了BSI CPE分离株的基因组特征。强调未来需密切监测产KPC-2的ST11型肺炎克雷伯菌和NDM-5的ST167型大肠埃希菌克隆在中国的播散情况。
碳青霉烯类抗生素耐药性的出现和传播[尤其在产超广谱β-内酰胺酶（ESBL）细菌中出现碳青霉烯耐药性]具有特殊的临床意 义。 最近，耐碳青霉烯肠杆菌（CRE）被世界卫生组织列为最关键的病原体组之一，表明CRE已成为抗生素时代的全球性威胁。在此类微生物中，产碳青霉烯酶肠杆菌（CPE）是最令人担忧的威胁，因为针对这些病原菌的治疗和抑制播散的策略很有限。有研究报道同时使用抗菌剂和质子泵抑制剂可以延长CPE胃肠道定植的持续时间。同时，最近的研究也表明抗生素暴露、手术史和CPE定植阳性率是密切相关的。
血流感染（BSI）是全世界感染性疾病的主要诱因，亦成为发达国家患者的主要死亡原因之一。 在美国每年约有9300例与医疗保健相关的感染是由CPE引起的，而近一半因CPE住院的BSI患者死于感染。 但目前只有少数大规模耐药性监测项目可以专门针对BSI分离株开展检测。
中国在过去10年中观察到CPE介导的感染发生率不断上升。但迄今为止只有少数研究调查了国家层面的对CPE分离株的监测情况 。最近有研究报道称中国BSI中产ESBL肠杆菌感染率较高，但该研究未描述CPE的相关监测情况。 在之前的研究中，报道了中国肠杆菌诱发BSI的初步数据。这些研究绝大多数基于流行病学数据或Sanger测序数据；因此，此类研究无法进行比较基因组学分析，并借此追踪此类菌株或抗生素耐药基因（ARG）的扩散和传播。
到目前为止，有关BSI相关CPE分离株的种群结构和遗传特征在很大程度上仍是未知的。 为了解决这一知识差距， 浙江大学肖永红研究团队在中国建立了由肠杆菌诱发的具有临床意义的BSI研究队列，并进一步对引起BSI的肠杆菌分离菌株进行了全面的表型鉴定 ；然后，采用全基因组测序（WGS）和质粒分析方法，以获得医院间和医院内CPE流行病学信息（本研究的流程如图1）。 研究结果有助于理解中国地理区域内以及不同肠杆菌科细菌种属之间耐药播散的意义。
图1. 本研究流程图。
本研究报道了中国BSI患者中产ESBL和CPE分离株的广泛传播。 这项工作表明ST11型肺炎克雷伯菌和ST167型大肠埃希菌在中国已成为严重的临床问题。 研究还揭示了中国侵袭性CPE感染的基因组图谱，表明国家级BSI监测的重要性。 质粒分析表明， 质粒在碳青霉烯酶编码基因的传播过程中发挥了重要作用。 在中国应持续密切监测BSI中CPE的流行情况。
此外， 还特别需要对具有潜在高致病性的流行性ST11型肺炎克雷伯菌进行大规模、详细的微生物学和基因组研究 ，进一步了解 bla KPC-2 基因和毒力基因的传播，完善制定国家控制CPE感染的有效策略。
本研究存在几个局限性。首先，尽管有许多医院参与了这项研究，但本研究仅获得和调查了有限数量的CPE菌株。因此， 这些数据可能无法真正代表整个中国CPE的患病率和特征。 其次， 需谨慎解释有关携带碳青霉烯酶质粒的研究 ；鉴于本研究只纳入了引起BSI的菌株，因此需要进行进一步研究，完善这项工作的相关成果。
关键词：碳青霉烯酶；产碳青霉烯酶肠杆菌；质粒介导；中国；产超广谱β-内酰胺酶
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原文链接：http://www.engineering.org.cn/ch/10.1016/j.eng.2020.10.015
以上内容来自：Beiwen Zheng, Hao Xu, Lihua Guo, Xiao Yu, Jinru Ji, Chaoqun Ying, Yunbo Chen, Ping Shen, Huiming Han, Chen Huang, Shuntian Zhang, Tao Lv, Yonghong Xiao. Genomic and Phenotypic Diversity of Carbapenemase-Producing Enterobacteriaceae Isolates from Bacteremia in China: A Multicenter Epidemiological, Microbiological, and Genetic Study [J]. Engineering, 2022, 12(5): 90-100.