近日，北京大学第三医院沈宁教授团队、清华大学附属北京清华长庚医院郭军教授团队联合齐碳科技共同合作，在全球顶尖微生物学期刊The Lancet Microbe（《柳叶刀-微生物》）（IF=86）在线发表题为“Dissemination of the mobilised RND efflux pump gene cluster tmexCD-toprJ among Klebsiella pneumoniae”的研究成果。该论文基于齐碳纳米孔基因测序平台对临床新出现的携带tmexCD-toprJ的肺炎克雷伯菌进行了广泛研究，是对其流行病学研究的有效补充。
细菌耐药性问题已成为一个世界性的难题。质粒等可移动元件介导的耐药基因水平传播所致革兰阴性菌耐药性的快速出现和散播，引起全球高度关注。外排泵（efflux pumps）是细菌将胞内的药物或毒性物质排出胞外的蛋白转运系统，也是临床上细菌对抗菌药物耐药的主要机制之一。近年来，携带可移动的多重耐药外排泵基因簇（tmexCD-toprJ）的肺炎克雷伯菌在我国临床患者、动物和零售肉类样本中不断发现，其介导了对包括替加环素这一人类面临多重耐药肠杆菌科细菌感染的“最后一道防线”在内的多重耐药性。2022年10月，浙江大学医学院附属第二医院张嵘教授等[1]通过在我国的临床监测研究和对公共数据的深度挖掘，首次发现编码可移动RND型多耐药外排泵的tmexCD-toprJ基因簇已经在多种临床重要致病菌中播散，包括假单胞菌属、克雷伯菌属、气单胞菌属和变形杆菌属等。并在研究中发现发现多种肺炎克雷伯菌序列型（ST）携带tmexCD-toprJ基因簇，包括ST1、ST11、ST147、ST15、ST2667、ST273、ST2909、ST3447、ST490和ST571。 此次北医三院、清华长庚医院团队基于齐碳纳米孔基因测序平台的研究，历经2017年1月至2022年4月的长期监测，从1484株临床分离的肺炎克雷伯菌中首次发现了上述10种ST型外的3种携带tmexCD1-toprJ1的全新ST型菌株，总体阳性率为0.88%（13/1484），包括1个同时携带编码碳青霉烯酶的blaKPC-2和blaNDM-1基因的泛耐药ST22克隆（11株菌株）、1株多耐药ST3691菌株和1株多耐药ST37菌株。这些菌株菌均呈现替加环素耐药，最低抑菌浓度为4-24mg/L。同时，研究团队还发现1株替加环素敏感的ST11型菌株携带了5‘端发生缺失的tmexD1基因和toprJ基因，而tmexC1基因完全缺失。这表明只有完整的tmexCD1-toprJ1基因簇才能介导替加环素耐药，与张嵘教授等[1]在其研究中发现通过敲低tmexD基因表达可降低菌株替加环素耐药性的结果一致。此外，这株ST11型菌株与其他研究已发表的两株分离自中国养鸡场苍蝇样本的菌株、三株猪源菌株和其他三株人源菌株聚集在一个分支中；这株菌中，编码5‘端缺失tmexD1基因和完整toprJ基因的质粒与1株分离自零售猪肉的ST147型菌株中的编码完整tmexCD1-toprJ1基因簇的质粒高度相似。克隆群258（CC258）主要由ST258和ST11型构成，其中ST11型在我国临床、社区和畜牧业中均为主要流行的肺炎克雷伯菌亚型，而携带tmexCD1-toprJ1的ST11型菌株在屠宰场中也有发现。这些结果表明，临床中发现的携带tmexCD1-toprJ1肺炎克雷伯菌可能与养殖动物及相关环境中的耐药菌株具有密切关联。
附图：该研究中发现的携带tmexCD1-toprJ1基因簇的ST型。（A）已发现的携带tmexCD1-toprJ1基因簇的肺炎克雷伯菌ST型的最小生成树，其中红色圆圈代表该研究中发现的ST型，蓝色圆圈代表在此前研究中已发现的其他ST型。（B）该研究中发现的3种ST型中tmexCD1-toprJ1基因簇、1株ST11菌株中5‘端发生缺失的tmexD1基因和完整toprJ基因所在的基因环境。其中红色箭头代表耐药基因，蓝色箭头代表整合酶、重组酶和转座酶基因，灰色箭头代表其他功能基因。（C）携带5‘端缺失tmexD1基因的ST11菌株与已发表基因组序列的ST11菌株的系统发生树。该研究从GenBank数据库中收集了1675株ST11型菌株的基因组序列共同进行分析，本图中展示了和该研究获得的ST11菌株PEKP3038聚集在同一分支的45个基因组。蓝色框中包含了PEKP3038和另外三株携带tmexCD1-toprJ1基因簇的猪源菌株（红色字体）。
该研究基于齐碳QNome测序平台的长读长优势，为临床多重耐药研究提供更多理论依据。以上研究发现是对携带tmexCD1-toprJ1肺炎克雷伯菌流行病学的有效补充，表明tmexCD1-toprJ1基因簇可能在肺炎克雷伯菌中已经发生了广泛播散。因此，急需在“One Health“理念下，在医疗机构、社区及肉用动物养殖和加工业中加强相应的流行病学监测，以控制携带TMexCD1-TOprJ1外排泵菌株的进一步传播。随着齐碳科技纳米孔测序技术的进步与不断升级优化，未来势必将在医疗健康、食品安全、动植物疫病防控、环境监测保护、司法鉴定等更广泛的场景中得到应用。参考文献： [1] Dong N, Zeng Y, Wang Y, Liu C, Lu J, Cai C, Liu X, Chen Y, Wu Y, Fang Y, Fu Y, Hu Y, Zhou H, Cai J, Hu F, Wang S, Wang Y, Wu Y, Chen G, Shen Z, Chen S, Zhang R. Distribution and spread of the mobilised RND efflux pump gene cluster tmexCD-toprJ in clinical Gram-negative bacteria: a molecular epidemiological study. Lancet Microbe. 2022 Nov;3(11):e846-e856. doi: 10.1016/S2666-5247(22)00221-X. Epub 2022 Oct 3. Erratum in: Lancet Microbe. 2022 Nov 14;: PMID: 36202114. [2] Liu C, Guo J, Lu M, Shen N, Du P. Dissemination of the mobilised RND efflux pump gene cluster tmexCD-toprJ among Klebsiella pneumoniae. Lancet Microbe. 2022 Nov 24:S2666-5247(22)00325-1. doi: 10.1016/S2666-5247(22)00325-1. Epub ahead of print. PMID: 36436537.
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