2024-06-21 17:20
作者 蔡勐
京港感染论坛
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近日，北京大学人民医院王辉教授团队在Cell Reports杂志上在线发表了题为Tracking intra-species and inter-genus transmission of KPC through global plasmids mining（挖掘全球质粒追踪KPC的物种内和跨种属传播）的研究成果。
KPC（Klebsiella pneumoniae carbapenemase）是一种在全球范围内流行的碳青霉烯酶。该耐药基因的全球传播和演化对于临床治疗和感染控制构成了严峻挑战。携带KPC的细菌以肺炎克雷伯菌CG258克隆群为主，也包括其他肺炎克雷伯菌克隆群和多种革兰阴性细菌。之前的研究认为，IncF家族质粒对于KPC在肺炎克雷伯菌中的稳定维持发挥核心作用，同时其他类型的质粒如IncN、IncW、IncP、IncR以及一些融合质粒也被发现携带KPC。携带KPC的质粒谱十分复杂，因此亟需开展对KPC质粒的全面研究。
本研究收集了公共数据集中15660株细菌的基因组数据，经过生物信息学方法筛选出5050个携带KPC的质粒序列，构建了迄今为止最大的KPC质粒数据集，对KPC质粒近二十年的全球时空分布特征、传播动力学特点和KPC在不同质粒间的分子转移机制进行了梳理，重建了KPC从最初发现到全球流行的传播轨迹。（图1）
▲图1 论文图片摘要
研究揭示了携带KPC的质粒在全球范围内具有广泛的遗传背景多样性，共发现23种与Tn4401转座子相关的亚型和341种非Tn4401相关元件（NTEs），分布在163种质粒类型和14个属中。KPC质粒的地理来源，源宿主属和KPC的基因环境类型均对质粒谱的构成有显著的影响。（图2）
▲图2 2002年至2022年间全球携带KPC的质粒的时空分布特征
本研究还发现，KPC质粒的传播动力学在四个不同时间段有明显差异（图3）。在2002-2007年，质粒数量和类型较少，主要分布在少数国家，未见跨属传播。在2008-2012年，质粒数量和类型逐渐增加，出现跨属和跨洲传播。在2013-2017年，KPC质粒达到传播高峰，质粒数量、宿主属和质粒类型最多，地理分布最为广泛。在2018-2022年，质粒数量和多样性略有减少。概括来说，在最初阶段，宿主范围较窄的质粒占据主要的生存优势。随后，广宿主范围质粒成为跨属传播的关键。本研究还通过贝叶斯方法推断KPC基因起源于美国（1991年），随后传播到巴西和欧洲，并再次返回美国，在2010年后主要是中美之间的频繁传播。
▲图3 KPC在肺炎克雷伯菌物种内部的传播网络（2013-2017年），揭示了不同ST型之间的潜在传播事件
综上，这项研究追踪了KPC在不同物种间的传播动态，为理解碳青霉烯酶KPC的全球传播模式和演化路径提供了重要信息，对更好的监测和控制高风险耐药质粒提供了理论支持。
该研究的第一作者为来自北京大学人民医院检验科博士生蔡勐，北京大学人民医院检验科陈宏斌副研究员和王辉教授为文章的共同通讯作者。
原文链接 https://doi.org/10.1016/j.celrep.2024.114351
第一作者：蔡勐
北京大学人民医院检验科2021级博士研究生，主要研究方向为耐药基因的分子流行病学和系统发育动力学，耐药质粒的传播与进化的分子机制。参与国家自然科学基金重点专项等国家级科研项目，目前以第一或共一作者发表论文4篇。
通讯作者：陈宏斌
理学博士，硕士研究生导师，2017-2018年University College London访问学者研修生物信息学。学术兼职：全国细菌耐药监测学术委员会青年委员会副主任委员，中国医疗保健国际交流促进会临床微生物与感染分会常务委员，中华医学会检验分会青年学组委员等。研究方向：1）细菌耐药机制研究；2）细菌比较基因组学研究。
通讯作者：王辉
医学博士，博士生导师，国家杰出青年基金获得者、国家卫健委突出贡献中青年专家。现任北京大学人民医院检验科主任，北大医学部检验学系主任，中国医促会临床微生物分会主任委员、中华医学会检验分会常委兼临床免疫学组长、中华医学会微生物学和免疫学分会常委兼临床微生物学组组长等。研究方向：细菌耐药、临床检验诊断学。
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作者｜蔡勐（北京大学人民医院）
审校｜王辉、陈宏斌（北京大学人民医院）