中科院病原菌耐药基因组学系列研究进展

黎卫士

中科院病原菌耐药基因组学系列研究进展

作者：伊文 来源：中国科学院 日期：2014-12-29

     细菌耐药是全球范围内持续关注的热点问题。多重耐药细菌甚至超级耐药细菌的不断出现给临床抗感染治疗带来极大挑战。世界卫生组织（WHO）在今年4月重申了耐药问题的严重性：细菌耐药已威胁到当代医学成就，21世纪很可能进入后抗生素时代——普通的感染甚至是小的创伤即有可能造成死亡。

　　中国科学院微生物研究所在2014年初揭牌成立了“病原微生物耐药和耐药基因组学北京市重点实验室”，专门从事耐药微生物的基因组学、耐药机制及传播机制的研究。继2013年8月和2014年初重点实验室朱宝利研究组在Nature Communications，Scientific Reports 和Gut Microbes上发表了人体肠道细菌耐药基因与动物抗生素使用之间的相关性及耐药基因随个体年龄变化的规律的研究工作后，近来在临床病原菌的耐药基因组学研究中又取得了系列新进展。

　　进展一：木糖氧化无色杆菌是一种非发酵革兰氏阴性杆菌，近年来在临床样品中的分离率显著升高。

　　由于其天然耐受多种抗生素，往往导致临床治疗的失败，引起包括菌血症在内的严重感染，在儿童和免疫妥协病人中尤为严重。朱宝利课题组胡永飞等对该菌的标准菌株ATCC 27061进行了完成图的测序分析（图1A），从其基因组中预测了50个与该菌天然耐药相关的耐药基因（图1B）。此外，该研究又从一株临床分离株的基因组中鉴定了一个长度为115 kb的新的整合性接合元件ICEAx02736-1（图1C）。该元件除了编码多个与自身移动相关的酶之外，还编码一个可能与自身稳定性相关的I型限制修饰系统。有趣的是ICEAx02736-1自身被一个结构复杂的新转座子（命名为Tn6203）所打断，而该转座子又被另外一个编码汞抗性基因簇的转座子（Tn4387）所打断。分析发现Tn6203很可能来源于沙门氏菌基因岛SGI1，在进化过程中丢失了一段7 kb的序列、通过整合子整合了两个新的耐药基因并获得了一个重金属抗性转座子（图1D）。该研究部分阐明了木糖氧化无色杆菌的天然耐药和获得性耐药机制，同时进一步揭示了可移动遗传元件结构的多变和复杂性及其在介导菌株获得性耐药中的作用。

图1. A.木糖氧化无色杆菌ATCC 27061全基因组完成图；B.木糖氧化无色杆菌耐药基因在同种间高度保守；C.木糖氧化无色杆菌临床株X02736基因组中含有一个新的整合性接合元件ICEAx02736-1；D. ICEAx02736-1携带的新转座子Tn6203的比较基因组分析。

　　进展二：鲍曼不动杆菌是另外一类重要的临床条件致病菌，具有快速获得耐药基因的能力，是我国乃至世界范围内院内感染最重要的病原菌之一。

　　碳青霉烯类抗生素耐药通常被认为是细菌跨越了临床抗感染治疗中的最后一道防线。朱宝利课题组与北大人民医院合作开展了于1999年至2011年分离自中国9个城市、13家医院的35株（图2A，含32株碳青霉烯类抗生素耐药株和3株敏感株，根据菌株分型选自504株临床株）鲍曼不动杆菌代表菌株的测序和比较基因组分析工作。该研究发现了鲍曼不动杆菌基因组中的大量变异，包括点突变和大片段的缺失和插入。从耐药株中鉴定了10种不同结构的AbaR耐药基因岛（鲍曼中最重要的耐药元件）（图2B、C）。所有菌株中均含有转座子或插入元件；分析显示这些元件在鲍曼菌中的进化中逐渐趋于多样化。此外，该研究鉴定了3个碳青霉烯酶编码基因的新变体。该研究系首次对国内碳青霉烯耐药鲍曼不动杆菌的不同年代和大范围菌株的比较基因组和进化分析，进一步揭示了鲍曼不动杆菌基因组的可塑性和碳青霉烯抗生素耐药鲍曼菌潜在的进化机制。

图2. A. 35株鲍曼不动杆菌的进化分析；B. 碳青霉烯耐药鲍曼菌中10种不同结构的AbaR耐药基因岛结构和聚类；C. 碳青霉烯耐药鲍曼菌中10种耐药基因岛的进化关系。

　　上述两部分工作于12月8日在细菌耐药专业期刊Antimicrobial Agents and Chemotherapy（AAC）上在线发表。

　　进展三：如上所述，作为一种极其重要的临床病原菌，鲍曼不动杆菌的毒力、耐药基因及基因组进化也是研究关注的重点。

　　课题组从306医院临床样本中分离了38株多重耐药和1株药物敏感鲍曼不动杆菌，对其中7株耐药代表菌株和1株敏感菌进行了比较基因组学分析。经与所有鲍曼不动杆菌基因组完成图的比较，研究初步定义了该菌的“Pan-genome”和“Core-genome”（图3）、分析了菌株中潜在的毒力基因的分布和进化、菌株携带的耐药基因及可移动遗传元件的多样性和差异等，并从敏感菌的基因组中通常插入耐药岛的位置发现了一个不携带耐药基因的新的基因岛，命名为GIBJ4。该研究从进化层面解析了鲍曼不动杆菌基因组多变的潜在原因，进一步明确了突变、转座子、基因组岛在该菌不断获得耐药性过程中发挥的决定性作用。

图3. 鲍曼不动杆菌的“Pan-genome”和“Core-genome”分析。A. “Pan-genome”和“Core-genome”的基因数量；B. Pan-基因和Core-基因在不同菌株中的分布；C. Pan-基因和Core-基因的COG分类。

　　相关研究 Comparative genomic analysis of Acinetobacter baumannii clinical isolates reveals extensive genomic variation and diverse antibiotic resistance determinants于12月17被BMC Genomics 杂志接收。助理研究员刘飞、副研究员胡永飞分别为该文章的第一作者和通讯作者。

关键字： 耐药基因,病原菌,细菌耐药
信源地址；http://infect.cmt.com.cn/detail/681565.html

纤手素琴

谢谢老师分享
非常前沿的知识
基本上是国内的顶尖水平了哦

青藤书屋小读者

下次学术报告刚好用得上，谢谢老师分享！