2024-05-05
近日，復旦大學在醫學領域的《Journal of Microbiology，Immunology and Infection 》發表最新研究成果！本研究揭示了金山醫院Hv-CRKP的遺傳流行病學情況，發現Hv-CRKP ST11-KL64已迅速取代ST11-KL47，成為各醫院病房的主要流行亞型，突出了對Hv-CRKP進行全面早期監測的重要性。 本研究的細菌基因組完成圖測序由上海派森諾生物科技股份有限公司完成。
01、研究背景 肺炎克雷伯菌是一種條件致病菌，可引起多種醫療獲得性感染（HAI）。與經典肺炎克雷伯菌(cKp)相比，高毒力肺炎克雷伯菌(hvKp)通常會導致危及生命的社區獲得性感染(CAI)。hvKP的這種高毒力表型被認為是由一個毒力質粒的存在引起的，該質粒包括兩個莢膜多糖(CPS)調節基因(rmpA和rmpA2)和幾個鐵載體基因簇。除了hvKP外，碳青霉烯類耐藥性肺炎克雷伯菌(CRKP)的演變要同樣令人擔憂。已知CRKP最關鍵的耐藥機制之一是碳青霉烯酶的產生，包括blaKPC、blaNDM和blaOXA-48家族。目前關于CRKP和hvKP菌株趨同的報道正在逐漸增加，全球各地都發現了碳青霉烯耐藥和高毒菌株的融合。Hv-CRKP具有高傳播性、高耐藥性和高毒力，被認為是下一代的超級細菌。本研究調查了2014 - 2018年上海某地方醫院Hv-CRKP株的流行病學特征、耐藥性特征和關鍵毒力決定因素，本研究結果將為Hv-CRKP菌株的關鍵毒力基因和ARGs的雜交進化機制、全面的質粒譜和有針對性的早期預警提供新的見解。
02、研究材料與方法
1.實驗材料：2014年9月至2018年8月，在上海金山某醫院的不同臨床標本中收集到2579株獨特的CRKP臨床分離株。 2.測序平臺：Illumina +Pacbio 3.分析內容：細菌基因組完成圖測序、MLST分型、毒力基因分析、耐藥基因分析、血清型分析、進化樹構建以及質粒遺傳環境分析等。
03、研究結果
Hv-CRKP患者的關鍵臨床特征 研究了金山醫院2579例CRKP培養結果陽性的患者，通過rmpA和(或)rmpA基因的PCR陽性結果分離出560株Hv-CRKP，對其進行臨床特征分析，發現男性患者占比明顯高于女性患者占比，且菌株來自各種來源。所有的Hv-CRKP菌株都表現出明顯的碳青霉烯類耐藥性，尤其是對美羅培南和亞胺培南的耐藥性，所有菌株均對替加環素敏感。 表1 hv-CRKP菌株的臨床特征及耐藥性分析 Hv-CRKP的分子特征 155株Hv-CRKP中，ST11型感染率最高且其檢出率從2014年的40%穩步上升至2018年的93.9%。KeO分型結果以KL64-O1/O2v1為主，其次是KL47-OL101和KL24-O1/O2v1，KL64的檢出率逐年攀升，而KL47的檢出率逐步降為0。155株Hv-CRKP中絕大多數含有blaKPC-2，其次是blaOXA-232， blaKPC-3和blaNDM-5，且所有ST11菌株僅攜帶blaKPC-2。Hv-CRKP分離株中檢出blaCTX-M基因的比例為85.8%，其中blaCTX-M-65是主要的blaCTX-M基因。此外，還觀察到這些菌株中存在較高的孔蛋白缺陷。aadA2和aac (3)-IId是主要的氨基糖苷耐藥基因，aadA2的比例從2014年的20%上升到2018年的90.9%。此外，63.2%的分離株檢出基因qnrS1，檢出率由2014年的40%上升至2018年的93%。研究發現sul1和sul2介導的磺胺耐藥性，隨著時間的推移，sul2的發現頻率更高。在這些Hv-CRKP基因組中，鐵載體的優勢度分別為100%、99.4%、12.3%和5.2%，98.7%的菌株中存在rmpA2基因。 系統發育時間研究 根據時間的系統發育分析，這些菌株分為四個初級分支1-4，在最大的Clade 3中可以區分出亞分支3.1 - 3.4。Clade 1包括21個菌株，Clade 2有16個菌株，Clade3有145個菌株，Clade4有4個菌株。Clade 1系主要為ST15克隆，Clade 2系由多個ST克隆組成，Clade 3系為ST11克隆，Clade 4系為ST23克隆。分析結果表明Clade 1菌株在1981年擁有最近的共同祖先，Clade 2菌株在1978年，Clade 3菌株在1995年，Clade 4菌株在2015年。 圖1臨床分離肺炎克雷伯菌的時間系統發育樹 比較基因組分析 系統發育樹由三個主要分支組成，Clade 1和Clade 3主要由ST11克隆組成，分別為100%和97.8%。Clade 1參考菌株主要來自上海，Clade 3參考菌株主要來自浙江。這可能表明Clade 1 Hv-CRKP分離株僅局限于上海，而Clade 3 Hv-CRKP分離株分布于上海和浙江。Clade 2具有許多高毒性STs，包括ST15、ST23、ST65和ST86。Clade 3主要攜帶KL64和KL47，而Clade 1主要攜帶KL64。進化支2的碳青霉烯酶多樣性高于其他兩個進化支(主要攜帶blaKPC-2)。blaOXA-232在進化枝2中被發現，但在其他進化枝中均不存在。blaCTX-M-65+ SHV-12主要在Clade 1和3中檢測到，而blaCTX-M-15主要在Clade 2中檢測到,fosA3基因主要存在于Clade 1和Clade 3。關于ybt毒力基因，Clade 1主要攜帶ybt14-ICEKp12和ybt1-ICEKp10，而其他兩個進化枝主要攜帶ybt9-ICEKp3。 圖2：炎克雷伯菌基因組的系統發育分析 毒力和抗性質粒的重要特征 基因組測序得到菌株SH352、SH500和SH552的基因組大小分別為6290,840、6175,253和5,983,274bp，這三個基因組有1條染色體和7個質粒；鑒定出一個攜帶rmpA2的質粒pSH552p1，2個攜帶blaKPC-2的質粒pSH500p2和pSH552p3，1個攜帶blaNDM-1的質粒pSH352p3。pSH352p3和pSH500p2均為IncFII質粒。blaNDM-1周圍結構為rmtC-blaNDM-1-trpF-dsbD-cutA-grosS-groL-IS3,圍繞blaKPC-2的基因組環境表明存在兩種不同的遺傳結構。pSH500p2的blaKPC-2周圍結構為IS26-ISKpn6-blaKPC-2-ISKpn27-Tn3-IS26, pSH552p2為IS26-Tn3-hin-klcA-blaKPC-2-ISKpn27-Tn3-IS26,這兩種類型都是基于IS26的復合轉座子。 圖3：攜帶blaKPC-2和blaNDM-1質粒的特性 動物感染模型 選取6株毒力評分不同的菌株進行幼蟲感染實驗，注射18 h后，高毒力菌株NTUH-K2044的死亡率為100%，略高于注射SH352和SH416的幼蟲。SH419、SH503、SH509和SH552組分別在18 h、72 h、18 h、48 h和48 h時達到100%的死亡率。其他組之間沒有統計學差異。這些結果表明，SH352和SH416的毒力低于NTUH-K2044，毒力評分較高的菌株的毒力與NTUH-K2044相當。
04、結 論
本研究揭示了金山醫院Hv-CRKP的遺傳流行病學，在該醫院的Hv-CRKP中檢測到高度的基因共性，特別是ST11-KL64和ST11-KL47克隆，容易在整個醫院病房水平傳播。因此，迫切需要加強對Hv-CRKP的監測，部署分子和基因組技術以準確和快速地檢測高風險并采取嚴格措施控制其在該機構的進一步傳播。
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文章索引：Guo, Ming-Quan, et al. "Genomic epidemiology of hypervirulent carbapenem-resistant Klebsiella pneumoniae at Jinshan local hospital, Shanghai, during 2014–2018." Journal of Microbiology, Immunology and Infection 57.1 (2024): 128-137.
