公衛(wèi)學(xué)院扈慶華課題組發(fā)現(xiàn)了blaCTX-M-14b和qnrS1基因位于染色體的肯塔基沙門菌
非傷寒腸道沙門菌是最流行的人畜共患病原體之一，頭孢和喹諾酮類抗生素是治療沙門菌感染的一線藥物，對沙門菌感染的治療至關(guān)重要。近年來，肯塔基沙門菌已成為世界范圍內(nèi)引起食源性疾病最常見的沙門菌血清型之一，其中對喹諾酮類抗生素高度耐藥的肯塔基沙門菌廣泛存在，主要與序列型ST 198的傳播有關(guān)。全基因組測序（Whole Genome Sequencing，WGS）是一種覆蓋全部基因組并能靈敏發(fā)現(xiàn)基因變異的新興技術(shù)，可通過測序數(shù)據(jù)預(yù)測血清型、分析耐藥基因與毒力因子等，并結(jié)合進(jìn)化關(guān)系進(jìn)行整體分析。在臨床微生物實(shí)驗(yàn)室實(shí)施 WGS 可以有效地幫助對新出現(xiàn)的病原體進(jìn)行流行病學(xué)研究，并闡明抗生素耐藥性的基因組基礎(chǔ)。
山西醫(yī)科大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院/深圳市疾病預(yù)防控制中心扈慶華教授團(tuán)隊(duì)采用全基因組測序和抗生素敏感性試驗(yàn)，分析了2010~2021年從深圳市食源性疾病監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)中收集的43株ST198肯塔基沙門菌基因組和耐藥特征，為指導(dǎo)臨床合理使用抗生素和控制肯塔基沙門菌傳播提供依據(jù)。
研究發(fā)現(xiàn)：全球ST198肯塔基沙門菌進(jìn)化樹可分為5個(gè)分支，深圳分離株分布在clades 198.1、198.2-1和198.2-2上，主要分布在clade 198.2上，大部分深圳菌株與國內(nèi)分離株聚類，部分菌株與歐洲、東南亞等國家分離株聚類（圖1）。藥物敏感性試驗(yàn)表明深圳的肯塔基沙門菌多重耐藥率高（94.7%，54/57）。其中對一線藥物頭孢類和喹諾酮類藥物的耐藥率為：頭孢噻肟（84.21%，48/57）、頭孢他啶（36.84%，21/57）、萘啶酸（91.23%，52/57）、環(huán)丙沙星（89.47%，51/57），與攜帶相關(guān)耐藥基因有關(guān)。
圖1 全球ST198肯塔基沙門菌核心基因組最大似然樹。參考基因組為CP028357。最外層填充的圓圈表示存在blaCTX-M-14b和qnrS1。外圈表示不同的大陸、QRDR突變類型和SGIs。內(nèi)圈顯示了菌株分離的區(qū)域和時(shí)間。深圳分離株用紅色標(biāo)明。
通過WGS在深圳ST198肯塔基沙門菌檢出大量與頭孢耐藥相關(guān)的產(chǎn)超廣譜β-內(nèi)酰胺酶基因基因（93.0%，40/43），其中clade 198.2-1上所有菌株均攜帶blaCTX-M-14b基因（圖2），而在全球系統(tǒng)發(fā)育樹中發(fā)現(xiàn)clade 198.2-1 上不僅深圳菌株，所有中國菌株均攜帶blaCTX-M-14b基因（該基因在肯塔基沙門菌中較少出現(xiàn)），即國內(nèi)存在該基因的克隆群，且中國的blaCTX-M-14b克隆群與之前在歐洲報(bào)道過的blaCTX-M-14b克隆群聚類（圖1）（Emerging Microbes & Infections, 2020, VOL. 9）。通過三代全基因組測序發(fā)現(xiàn)blaCTX-M-14b基因均位于細(xì)菌染色體上，這可以解釋為什么該基因會(huì)穩(wěn)定存在于clade 198.2-1的菌株中，且通過比較基因組發(fā)現(xiàn)，blaCTX-M-14b在中國菌株中的基因組背景與在歐洲菌株中的基因組背景高度相似（圖3），更提示中國出現(xiàn)該克隆群可能與歐洲有關(guān)，還需進(jìn)一步證明。
圖2 左圖為43株深圳ST198肯塔基沙門菌的核心基因組最大似然樹，參考基因組為CP028357。葉節(jié)點(diǎn)上圖標(biāo)表示分離的宿主類型，從無癥狀攜帶者中分離出來的菌株號(hào)用紅色標(biāo)明。中間，采樣年份、QRDRs突變類型用不同的顏色表示。右圖，藍(lán)色填充的方塊表示存在該耐藥基因。
圖3 含有blaCTX-M-14b的肯塔基沙門菌的比較基因組分析。（A）歐洲肯塔基沙門菌分離株 367220 染色體攜帶blaCTX-M-14b（SRA 登錄號(hào)：SRR5583183），（B）深圳肯塔基沙門菌 SK17-1 中染色體攜帶blaCTX-M-14b，（C）四川肯塔基沙門菌分離株染色體攜帶blaCTX-M-14b（GenBank登錄號(hào)：wiaj000000000000000000）。藍(lán)色箭頭表示基因組位點(diǎn)；灰色的區(qū)域代表同源區(qū)域。
關(guān)于對喹諾酮類藥物的耐藥機(jī)制，深圳ST198 肯塔基沙門菌中除了出現(xiàn)常見的gyrA和parC上的突變外（100%，43/43）（圖2），還攜帶許多質(zhì)粒介導(dǎo)喹諾酮耐藥基因qnrS1（34.9%，15/43），該耐藥基因較少在國外肯塔基沙門菌中發(fā)現(xiàn)。通過三代測序發(fā)現(xiàn)qnrS1在2017年前分離的3株菌中存在于IncHI2質(zhì)粒上，在2017年后分離的12株菌中，則位于染色體上。且qnrS1在質(zhì)粒上的基因組背景與在染色體上的背景相似，突出了該基因從質(zhì)粒轉(zhuǎn)移到染色體上的可能性（圖4）。質(zhì)粒轉(zhuǎn)移到染色體上，會(huì)使該耐藥基因穩(wěn)定遺傳。研究發(fā)現(xiàn)第一株檢出攜帶qnrS1的菌株SK14-1與越南等東南亞等地的菌株親緣關(guān)系密切（圖1），且通過NCBI在線blast發(fā)現(xiàn)，SK14-1中攜帶qnrS1的質(zhì)粒IncHI2與從越南分離的肯塔基沙門菌中的IncHI2質(zhì)粒高度相似，說明qnrS1在中國肯塔基沙門菌中的引入可能與越南等東南亞國家有關(guān)。
圖4 攜帶qnrS1的肯塔基沙門菌比較基因組分析。（A）深圳肯塔基沙門菌SK14-1中IncHI2質(zhì)粒攜帶qnrS1，（B）深圳肯塔基沙門菌 SK17-3中IncHI2質(zhì)粒攜帶qnrS1，（C）深圳肯塔基沙門菌SK21-5中染色體攜帶qnrS1，（D）浙江省肯塔基沙門菌 zj-f54 中染色體攜帶 qnrS1（GenBank 登錄號(hào)：SAMN11665842），（E）江蘇省肯塔基沙門菌分離株 NT-h3189 中染色體攜帶qnrS1（GenBank 登錄號(hào)：SAMN26994371），（F）安徽省肯塔基沙門菌分離株 AH19MCS1 中染色體攜帶qnrS1（GenBank登錄號(hào)：SAMN30275504），（G）深圳德爾卑沙門菌中質(zhì)粒MH884653.1攜帶qnrS1。藍(lán)色箭頭表示基因組位點(diǎn)，灰色的區(qū)域代表同源區(qū)域。
相關(guān)研究成果發(fā)表于International Journal of Antimicrobial Agents，實(shí)時(shí)影響因子為15.441，扈慶華教授和江敏博士（山西醫(yī)科大學(xué)，深圳市疾病預(yù)防控制中心）為本論文的共同通訊作者。山西醫(yī)科大學(xué)碩士生佘藝穎和深圳市疾病預(yù)防控制中心姜伊祥為本論文共同第一作者，山西醫(yī)科大學(xué)碩士生羅苗苗是本文的第三作者。該項(xiàng)研究工作得到了深圳市“三名工程”、深圳市醫(yī)學(xué)重點(diǎn)學(xué)科（公共衛(wèi)生重點(diǎn)?？疲?、深圳市可持續(xù)發(fā)展科技專項(xiàng)項(xiàng)目、中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)等項(xiàng)目資金的資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.ijantimicag.2023.106896.
