抗生素是一种救命工具。然而，由于长期过度使用，微生物不断进化，并产生对抗生素的免疫力。因此，曾经有效的药物不再能预防感染，使治疗变得复杂，亡率增加。
奥尔巴尼大学最近在《自然通讯》杂志上发表的一项研究发现了一种导致抗生素耐药性在致命细菌中传播的新遗传机制。
肺炎克雷伯菌是全球第三大血液感染病原体。这种细菌通常存在于人类的呼吸系统和胃肠道等粘膜表面，一旦有机会入侵，就会引起肺炎和严重的血液和泌尿道感染。这些感染会引发强烈的免疫反应，导致器官衰竭和亡。
“我们知道许多具有重要医学意义的细菌不再对抗生素有反应，有些细菌对多种药物有耐药性，”论文合著者、生物科学系和RNA研究所副教授CherylAndam说。
“在这项研究中，我们与达特茅斯-希区柯克医疗中心的医生合作，通过分析被诊断患有血液感染的患者的细菌基因组序列，试图了解导致肺炎克雷伯菌产生抗生素耐药性的遗传因素。这项研究为我们了解这些细菌如何产生耐药基因并在人群中传播提供了一个窗口。”
这项研究代表了基因组流行病学这一新兴领域，科学家利用全基因组测序跨越时间和空间追踪致病细菌，以了解病原体如何进化和传播。这需要识别群体中单个细菌菌株携带的所有基因和遗传变异。
研究人员分析了达特茅斯-希区柯克医疗中心五年间(2017-2022年)从成人和儿童血液感染患者身上采集的136个肺炎克雷伯菌分离株的基因序列。他们鉴定出94个不同的基因序列，表明采样的肺炎克雷伯菌种群具有高度的遗传多样性。
他们还对基因组序列进行了20种不同抗生素的测试，以确定人群中是否包括已知具有耐药性的菌株。结果确实如此。样本包括个独特基因，这些基因编码了对十种抗菌药物的耐药性。其中包括已知具有高性和多重耐药性的菌株。
136株来自血流感染的肺炎克雷伯菌的基因组特征。图片来源：NatureCommunications(2024)。DOI：10.1038/s41467-024-51374-x
至关重要的是，该团队发现了肺炎克雷伯菌如何通过质粒传播抗性基因。质粒是一种可移动的遗传结构，可以携带多种抗性基因并将其传播给其他细菌。这种机制促进了更强大、更具弹性的细菌种群的进化。
“我们发现质粒在编码酶的基因传递过程中起着重要作用，而这些酶会使许多抗生素失效，”安达姆说。“最值得注意的是，我们在从相隔两年的不同患者身上发现的肺炎克雷伯菌中发现了几乎基因相同的质粒，这些质粒携带编码多种抗生素耐药性的基因。
“这意味着这些质粒可以长期存在，并且能够有效传播，并导致多重耐药菌株的出现，而这些菌株将很难治疗。”
这一新认识将为控制高危细菌克隆传播的公共卫生干预策略提供参考。
安达姆说：“在医疗环境中持续监测和进一步的基因组流行病学研究将加深我们对质粒促进的抗生素耐药性的理解，以及这种机制如何影响弱势患者和更广泛社区的健康风险。”
奥尔巴尼大学RNA研究所高级顾问、杰出教授马琳·贝尔福特(MarleneBelfort)表示：“抗菌素耐药性是一个全球性威胁，因为由细菌、病、寄生虫和真菌引起的微生物疾病对药物治疗没有反应，并可能导致危及生命的感染。”
“这是一个巨大的问题，因为通常可以杀这些传染性病原体的药物正在变得无效。人们认为，抗菌素耐药性对人类的威胁与气候变化和世界饥饿相当。
“安达姆实验室已经证明，一种名为质粒的遗传元素是导致克雷伯氏菌转变为对多种抗生素具有耐药性的菌株的原因。这些质粒可以从一种病原微生物转移到另一种病原微生物，携带着导致抗生素耐药性的基因。
“了解抗生素耐药性在肺炎克雷伯菌中传播的机制，是了解更广泛的抗生素耐药性问题和开发针对危险耐药菌株的治疗方法的关键一步。”
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