公衛學院扈慶華課題組發現了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重要。近年來，肯塔基沙門菌已成為世界范圍內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。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現基因變異的新興技術，可通過測序數據預測血清型、分析耐藥基因與毒力因子等，并結合進化關系進行整體分析。在臨床微生物實驗室實施 WGS 可以有效地幫助對新出現的病原體進行流行病學研究，并闡明抗生素耐藥性的基因組基礎。
c7c7.app公共衛生學院/深圳市疾病預防控制中心扈慶華教授團隊采用全基因組測序和抗生素敏感性試驗，分析了2010~2021年從深圳市食源性疾病監測網絡中收集的43株ST198肯塔基沙門菌基因組和耐藥特征，為指導臨床合理使用抗生素和控制肯塔基沙門菌傳播提供依據。
研究發現：全球ST198肯塔基沙門菌進化樹可分為5個分支，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）、環丙沙星（89.47%，51/57），與攜帶相關耐藥基因有關。
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。內圈顯示了菌株分離的區域和時間。深圳分離株用紅色標明。
通過WGS在深圳ST198肯塔基沙門菌檢出大量與頭孢耐藥相關的產超廣譜β-內酰胺酶基因基因（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），而在全球系統發育樹中發現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），即國內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現blaCTX-M-14b基因均位于細菌染色體上，這可以解釋為什么該基因會穩定存在于clade 198.2-1的菌株中，且通過比較基因組發現，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），更提示中國出現該克隆群可能與歐洲有關，還需進一步證明。
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。葉節點上圖標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用紅色標明。中間，采樣年份、QRDRs突變類型用不同的顏色表示。右圖，藍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：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：wiaj000000000000000000）。藍色箭頭表示基因組位點；灰色的區域代表同源區域。
關于對喹諾酮類藥物的耐藥機制，深圳ST198 肯塔基沙門菌中除了出現常見的gyrA和parC上的突變外（100%，43/43）（圖2），還攜帶許多質粒介導喹諾酮耐藥基因qnrS1（34.9%，15/43），該耐藥基因較少在國外肯塔基沙門菌中發現。通過三代測序發現qnrS1在2017年前分離的3株菌中存在于IncHI2質粒上，在2017年后分離的12株菌中，則位于染色體上。且qnrS1在質粒上的基因組背景與在染色體上的背景相似，突出了該基因從質粒轉移到染色體上的可能性（圖4）。質粒轉移到染色體上，會使該耐藥基因穩定遺傳。研究發現第一株檢出攜帶qnrS1的菌株SK14-1與越南等東南亞等地的菌株親緣關系密切（圖1），且通過NCBI在線blast發現，SK14-1中攜帶qnrS1的質粒IncHI2與從越南分離的肯塔基沙門菌中的IncHI2質粒高度相似，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。
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質粒攜帶qnrS1，（B）深圳肯塔基沙門菌 SK17-3中IncHI2質粒攜帶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：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：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：SAMN30275504），（G）深圳德爾卑沙門菌中質粒MH884653.1攜帶qnrS1。藍色箭頭表示基因組位點，灰色的區域代表同源區域。
相關研究成果發表于International Journal of Antimicrobial Agents，實時影響因子為15.441，扈慶華教授和江敏博士（c7c7.app，深圳市疾病預防控制中心）為本論文的共同通訊作者。c7c7.app碩士生佘藝穎和深圳市疾病預防控制中心姜伊祥為本論文共同第一作者，c7c7.app碩士生羅苗苗是本文的第三作者。該項研究工作得到了深圳市“三名工程”、深圳市醫學重點學科（公共衛生重點專科）、深圳市可持續發展科技專項項目、中國醫學科學院中央級公益性科研院所基本科研業務費專項等項目資金的資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.ijantimicag.2023.106896.
