近年来，随着抗生素的广泛使用，细菌耐药性问题日益严峻，这不仅增加了临床治疗难度，还导至了患者更高的病死率和医疗成本。感染性疾病的精准诊断技术开发，不仅能够为临床医生提供更快速、更准确的病原体检测结果，还可助力优化治疗方案，显著提高感染性疾病患者的预后和生存率。

今天，《检验医学》杂志带来的是北京大学人民医院检验科王辉教授关于感染性疾病病原诊断及细菌耐药机制相关研究。

类肺炎克雷伯菌KpnK48的进化轨迹揭秘

碳青霉烯类耐药肠杆菌目细菌（CRE）被认为是临床“超级细菌”，其中大肠埃希菌和肺炎克雷伯菌最为常见。近年来，以肺炎克雷伯菌为代表的兼具高耐药与高毒力菌株正持续威胁全球公共卫生安全。

近日，北京大学人民医院王辉教授团队揭示了一种具有“类肺炎克雷伯菌”进化特征的高毒高耐大肠埃希菌（hv-CREC）亚克隆—KpnK48的起源与进化路径，为防控新型耐药致病菌提供了重要线索。文章发表在Drug Resistance Updates（IF：15.8）。

该研究通过对2013至2022年间全国22个省份76家医院收集的653株CREC进行基因组学分析，发现ST167为主要流行株，尤其在2017年后迅速扩张。其中，KpnK48亚克隆占比最高，表现出高度耐药、显著生长优势及毒力增强的特点，成为我国CREC快速传播的关键推手。

通过泛基因组关联分析，发现KpnK48亚克隆携带独特的核心基因组，包括120个几乎特有于KpnK48的染色体核心基因，以及1902个显著相关的SNP位点。其中超过96%的SNP集中于一段约492 kb的重组区域。该区域在结构上与驱动肺炎克雷伯菌ST11-KL64高毒高耐克隆产生的重组片段（483 kb）高度同源，提示两种细菌可能存在趋同的进化机制。在质粒层面，KpnK48显现出独特的耐药基因携带模式。KpnK48以大型IncF型质粒为主，在肺炎克雷伯菌中是耐药与毒力共携的重要平台。

综上，该研究揭示了KpnK48的进化起源与传播轨迹，为理解不同耐药菌之间的遗传交流提供了新视角，并强调需高度关注细菌间大片段基因组的跨种转移与快速适应演化。

文章链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1368764625000433?via%3Dihub

我国高风险CPKP亚克隆的扩张与传播

耐碳青霉烯类肺炎克雷伯菌（CRKP）具有高死亡率，是全球公共卫生的重大威胁。其主要耐药机制是质粒携带的碳青霉烯酶基因，如bla_KPC、bla_NDM等。

日前，北京大学人民医院检验科王辉教授团队通过多中心分子流行病学调查，对我国CRKP进行研究，揭示了其流行特征、传播规律及相关遗传因素。研究发表在Drug Resistance Updates（IF：15.8）。

研究人员通过对收集的我国碳青霉烯耐药肠杆菌目（CRE）菌株进行测序和基因分型分析发现，CRKP在其中占比最高，主要感染类型为呼吸道感染，KPC-2是其中最常见的碳青霉烯酶。进一步的分析表明，ST11是肺炎克雷伯菌中最主要的序列类型，而KL64血清型在ST11中的比例从2011年的1.5%显著上升至2021年的46.1%，同时携带毒力基因的菌株比例也显著增加，KL64逐渐取代KL47成为优势克隆体。全球系统发育分析显示，ST11 CRKP的5个进化枝中，Clade E进化为高毒力和耐药菌株，携带更多耐药和毒力相关基因。

在此基础上，研究人员通过对临床数据进行分析后发现，Clade E感染导至的死亡率较高，尤其是在≥65岁的血流感染患者中。Clade E菌株不仅表现出更强的抗吞噬能力，还在体外竞争实验中显示出更高的竞争力。遗传动态分析发现，Clade E存在独特的SNP（BMPPS突变，bmr3, mltC, pyrB, ppsC, sdaC），这些变异增强了菌株的抗吞噬能力，并降低了与补体C3b/iC3b的结合率。

这项研究揭示了我国CRKP的传播和进化特征，强调了监测和控制其在医院环境中传播的重要性，并发现BMPPS基因变异可作为未来分子检测和感染控制策略的潜在标记。

本文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1368764624000414?via%3Dihub

CRKP超毒力菌株进化机制及防控新思路

耐碳青霉烯类肺炎克雷伯菌（CRKP）对人类健康构成重大威胁，尤其是ST11序列型在亚洲占主导地位，与败血症高发病率相关。

日前，北京大学人民医院检验科王辉教授团队联合伦敦大学学院遗传研究所，通过对肺炎克雷伯菌的基因组分析和实验研究，揭示了高毒力CRKP中ST11-KL64亚克隆的毒力质粒进化及其抗氧化能力增强的机制。研究发表在nature communications（IF：14.7）。

研究人员通过对肺炎克雷伯菌基因组数据进行系统发育分析，发现不同毒力质粒与血清型存在关联，且ST11-KL64的毒力质粒与ST23-KL1的毒力质粒亲缘关系较近。进一步研究发现，ST11-KL64的毒力质粒中存在一个2698 bp的缺失区域，多个基因在不同血清型菌株的毒力质粒中差异分布。

为了研究该区域的功能，研究人员敲除了毒力质粒中的约3Kb区域，并进行回补实验。结果发现，该区域缺失影响甲硫氨酸代谢，敲除使相关代谢基因上调，回补则相反。这表明该区域可能通过调节甲硫氨酸代谢增强抗氧化能力，提高细菌在巨噬细胞中的存活率。

该研究揭示了CRKP超毒力菌株的进化机制，为开发新疗法提供了潜在靶点，有助于预测和控制其传播，进而保护公共健康。

本文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-023-44351-3

克隆扩张与质粒传播驱动KPC全球扩散

肺炎克雷伯菌碳青霉烯酶（KPC）能够水解碳青霉烯类抗生素，导至抗生素失效，对公共卫生构成了重大威胁。

近日，北京大学人民医院检验科王辉教授、陈宏斌教授团队通过构建全球范围内携带KPC基因的质粒数据集，深入研究了KPC的传播动态，为监测和控制耐药基因传播提供了重要依据。研究发表在Cell Reports（IF：7.5）。

通过构建最大的KPC携带质粒的全球数据集，研究人员发现其遗传背景极为多样，包含23种Tn4401相关变体和341种非Tn4401变体，分布在163种质粒类型中，涉及14个属。KPC的传播模式在不同阶段有所不同，早期以IncFII(pKP91)质粒为主；然而随着时间推移，IncN、IncP6等广宿主范围质粒在跨属传播中更为重要。

为了更精准地追踪KPC的传播路径，研究人员定义了“传播单元”这一概念。研究发现，KPC的传播受到地理分布、宿主属和bla_KPC基因的遗传环境的显著影响。一些传播单元在多个阶段中持续存在，表明它们在不同克隆群中具有稳定的传播能力。此外，贝叶斯分析表明KPC起源于美国，并通过特定的传播单元在全球范围内传播，揭示了其快速且频繁的跨区域传播特性。

除此之外，该研究还提出了一个基于二代测序数据的基因中心研究框架，用于追踪质粒的传播，这为研究抗菌耐药基因的传播提供了一种有效的方法。

本文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S221112472400679X?via%3Dihub

mcr-9基因对全球公共卫生构成潜在抗性威胁

mcr-9基因属于可移动粘菌素耐药基因家族，该家族显著降低了细菌对粘菌素的敏感性，从而对公共卫生安全构成严重威胁。粘菌素作为一种多粘菌素类抗生素，是针对多重耐药革兰氏阴性菌的最后一道防线，而mcr基因家族的存在使得这一防线面临重大挑战。

近日，北京大学人民医院检验科王辉教授团队通过收集全球范围内携带mcr-9的菌株数据，运用多种分析方法，深入研究了mcr-9基因的起源、传播和全球风险，为应对该基因带来的耐药挑战提供了重要依据。研究发表在eBioMedicine（IF：9.7）。

研究发现，mcr-9基因在临床碳青霉烯耐药肠杆菌目（CRE）菌株中阳性率较高，主要位于质粒上，且在肠杆菌属中分布最广，多源于人类。美国和中国的阳性菌株数量最多。并且，该基因可能起源于西欧，随后传播至美洲、东亚、南亚和中东，其在西欧的传播能力有增强趋势。此外，mcr-9对肠杆菌属的偏好可能与密码子使用偏好有关，且与其他耐药基因的共存增加了多重耐药性的风险。

不仅如此，研究人员还发现了一株临床高表达mcr-9的耐药菌株C7811，这表明该基因具有极高的耐药风险。因此，有必要进一步研究其突变影响及传播机制，以便制定有效的防控策略。

综上所述，mcr-9基因很可能演变成全球性的“真正抗性基因”，对公共卫生构成威胁，需要引起全球范围内的关注和重视。

文章链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352396424003621?via%3Dihub

KBD/AMM结构修饰开启抗生素研发新路径

随着抗生素抗性（AMR）问题的日益严峻，寻找新型抗生素迫在眉睫。Kibdelomycin（KBD）和Amycolamicin（AMM）作为极具潜力的天然抗生素，展现出对耐药革兰氏阳性病原体的强大抗菌效力，为应对抗生素耐药性危机提供了新的希望。

近日，北京大学人民医院检验科王辉教授团队联合清华大学生物医学交叉研究院研究员李超教授团队，以已开发的汇聚式全合成路线为基础，合成多种KBD/AMM类似物，系统性地解析了AMM/KBD的构效关系；并发现了一个具有更强抗菌活性和更佳安全性的类似物。利用丰富的临床菌株资源，测试其抗菌活性，为新型抗生素研发提供了关键依据。研究发表在Angewandte Chemie-international Edition（IF：16.1）。

研究人员通过全合成路线制备了KBD/AMM的多种类似物，将其结构分为五个片段（A-E）进行修饰，并利用最小抑菌浓度法评估其抗菌活性。结果表明，除了类似物16和17外，其他所有简化类似物都失去了对革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌的抗菌活性。这表明完整的“双臂”形结合模型对于KBD/AMM的强抗菌效果至关重要，任何一个片段的缺失都可能破坏这种结合模式。

在对各个片段的修饰及其对活性影响的进一步研究中，研究人员发现，片段C/D对维持药效团结合位点的相对位置至关重要，而片段B与目标蛋白的强相互作用使其难以修饰。然而，微调片段E结构可对耐药鲍曼不动杆菌（CRAB）的活性提升2倍，突显其应对多重耐药菌的广谱潜力。此外，对片段A的CuAAC反应修饰，意外地导至了52号类似物的发现，其对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）、耐万古霉素肠球菌（VRE）等耐药革兰阳性菌的抑制活性较天然分子提升2-4倍，且显著优于临床常用抗生素环丙沙星，为后续基于KBD/AMM的新型抗生素开发奠定了基础。

此研究为开发新型KBD/AMM衍生抗生素提供了重要基础，通过全合成和共晶结构引导的化学修饰，成功发现了性能更优的合成类似物，这一突破为开发高效、抗耐药的新型抗生素坚定了坚实基础。

文章链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202415439

基于cfDNA和cellular DNA的mNGS技术在病原体检测中性能评估

在感染性疾病诊疗中，早期鉴定病原体至关重要。mNGS是一种有效的诊断方法，但在检测临床体液标本时，会面临宿主DNA干扰等挑战。虽然mNGS已用于确定感染性疾病的病因，但仍存在一些局限性。

日前，北京大学人民医院检验科王辉教授团队通过实验室和临床检测，对比分析了cfDNA（cell-free DNA）和cellular DNA的mNGS在感染性疾病原体检测中的性能。研究发表在Journal of Advanced Research（IF：11.4）。

cfDNA和cellular DNA mNGS的分析性能评估结果表示，cfDNA mNGS的检测限为9.3-149 GE/mL，cellular DNA mNG的检测限为27-466 CFU/mL。两种方法的微生物滴度与RPTM值之间呈强线性相关，且在实验内和实验间均达到100%重复性，可准确区分同属相似物种的混合标本。

在诊断性能方面，cellular DNA mNGS的敏感性（93.1%）高于cfDNA mNGS（75.9%），但两者的特异性都较低。cfDNA mNGS在检测病毒方面表现出更强的能力，而将cfDNA和cellular DNA mNGS联合使用时，检测性能优于单独使用任一方法。

具体而言，mNGS共鉴定出66种病原体，单一感染中细菌感染最常见，混合感染中多种细菌感染最常见。不同标本类型中，cfDNA mNGS和cellular DNA mNGS检测到的优势病原体有所不同，联合检测能发现更多病原体。

该研究是首次系统性地评估cfDNA mNGS和cellular DNA mNGS在血液样本和各种体液样本中病原体检测有效性的研究。针对不同的感染类型和标本类型，选择合适的mNGS检测方法至关重要。

本文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2090123223000681?via%3Dihub

NanoMP可以精准诊断下呼吸道感染

LRTIs（下呼吸道感染）的病原体诊断面临挑战，纳米孔测序虽有优势，但尚无在真实临床场景对检测细菌、真菌和病毒方面的性能的研究。

日前，北京大学人民医院检验科王辉教授团队评估了纳米孔测序的Meta-Panel双流程（NanoMP）方法在检测LRTIs病原体中的性能，为临床诊断提供了新的思路和方法。研究发表在eBioMedicine（IF：9.7）。

研究团队开发了一种名为NanoMP的双重测序流程，涵盖非靶向宏基因组测序（Meta流程）和靶向富集测序（Panel流程），并设计了双条形码系统以区分这两个流程。研究发现，LRTIs组患者在吸入史、机械通气、免疫抑制状态、发热、咳痰、呼吸困难等方面的发生率高于非LRTIs组，且白细胞计数、C反应蛋白和降钙素原水平更高，住院时间更长。

基于NanoMP方法的检测结果显示，Meta流程对细菌、真菌（除曲霉外）和结核分枝杆菌组的敏感性较高，而Panel流程通过靶向扩增显著提高了病毒和曲霉的检测敏感性。总体而言，NanoMP与综合参考标准相比，灵敏度达80.2%，特异度达98.8%。值得注意的是，纳米孔测序能够有效鉴定AMR基因及其亚型，并追踪耐药基因的宿主，与临床药敏试验结果有较高的一致性。

总之，NanoMP方法不仅在诊断LRTIs时表现出高性能和高准确性，还展现出识别AMR基因及其病原宿主的潜力，为快速精准诊断下呼吸道感染提供了有力支持，有望改善其临床治疗效果。

文章链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352396423004243?via%3Dihub

tNGS技术在下呼吸道感染精准诊断中的临床应用探索

LRTIs因高发病率和病死率备受关注，传统诊断方法存在诸多不足。尽管宏基因组二代测序（mNGS）技术应用广泛，但存在局限性。靶向NGS（tNGS）有望成为替代方案，但其临床应用差异和适用性仍不明确。

近日，北京大学人民医院检验科王辉教授团队探讨了基于多重PCR（mp-tNGS）和杂交捕获（hc-tNGS）的靶向二代测序技术在诊断LRTIs中的临床应用效果。研究发表在eBioMedicine（IF：9.7）。

研究人员分别收集了回顾性和前瞻性研究中患者的支气管肺泡灌洗液标本，构建并评估了mp-tNGS和hc-tNGS的检测性能，包括核酸提取、文库构建和生物信息分析等环节。以宏基因组二代测序（mNGS）和传统微生物检测为对照，系统评估了检测限、线性、干扰和精密度等分析性能及诊断性能。结果表明，mp-tNGS和hc-tNGS的检测时间分别为10.3h和16-23h，测序数据量小，检测限为50-450 CFU/mL，精密度高，且两种方法的干扰因素不同。

从性能角度上看，两种tNGS方法对病毒和细菌的检测能力优于真菌。与复合参考标准相比，mp-tNGS和hc-tNGS敏感性分别为86.5%和87.3%，特异性分别为90.0%和88.0%，且检测率均显著高于传统微生物检测。在临床评估中，tNGS在检测肺孢子菌方面表现优于mNGS，但对某些罕见病原体和厌氧菌的检测能力相对较弱。尽管如此，tNGS的病原体谱覆盖超过95%的病例，并且在检测结核分枝杆菌复合群等方面优于传统检测方法。

总体而言，尽管tNGS在报告解读等方面存在一定局限性，但其在未来感染领域的临床应用前景广阔，可作为LRTIs诊断的有效工具。

文章链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352396424003438?via%3Dihub

机器学习整合微生物组与免疫反应实现呼吸道感染精准诊断

LRTIs是一个全球性的公共卫生问题，每年导至超过300万人死亡。研究表明，LRTIs的发病机制与呼吸道微生物组和宿主炎症密切相关。因此，基于宿主反应的诊断策略可作为传统诊断方法的有效补充，为临床诊断提供新的思路和手段。

近日，北京大学人民医院检验科王辉教授、陈宏斌教授团队通过整合下呼吸道微生物组（LRTM）和宿主转录组数据，利用机器学习构建诊断模型，为LRTIs的诊断提供了新策略。研究发表在npj biofilms and microbiomes（IF：7.8）。

通过整理LRTIs患者支气管肺泡灌洗液（BALF）标本并进行mNGS分析，研究人员发现LRTIs患者微生物多样性降低，正常菌群减少，机会性病原体增加，特别是肺炎克雷伯菌丰度显著上升，且与宿主感染或炎症基因TNFRSF1B、CSF3R和IL6R强相关。

基于这些发现，研究人员选取差异表达的宿主基因和微生物作为特征，利用随机森林等算法训练和优化模型，并评估模型性能。最终，通过随机森林模型筛选出12个特征，该模型在验证集上表现最佳（ROC AUC：0.937，95% CI：0.832-1），在独立外部数据集上准确率为76.5%，表明该模型能够有效区分LRTIs和非LRTIs患者，为LRTIs的诊断提供了一种新的方法。

虽然该研究为LRTIs的诊断提供了一种新的方法，具有为临床诊断提供支持的潜力，但仍需要进一步增加标本量以提高模型的长期稳定性和准确性。

文章链接：

https://www.nature.com/articles/s41522-024-00548-y

血浆mNGS在免疫受损患者中的临床应用价值

感染对免疫功能低下患者危害大，血液培养等传统诊断方法存在局限，mNGS技术虽有潜力，但在不同免疫状态患者中的临床效用尚不明确。

近日，北京大学人民医院检验科王辉教授团队评估了血浆mNGS对免疫功能低下患者感染诊断和抗菌治疗的临床影响，为临床合理应用该技术提供了依据。研究发表在The Journal of Infectious Diseases（IF：5.0）。

血浆mNGS技术在免疫受损患者中具有显著临床价值，尤其在中性粒细胞减少症（FN）患者中表现突出。研究发现，FN组的mNGS阳性率高达65.2%，高于非中性粒细胞减少症（NN）组和非移植非血液病（NTHD）组。与传统微生物学检测（MTs）相比，mNGS显著提升了真菌感染的诊断率，在FN组和NN组中分别提高了31.8%和25.8%，尤其在免疫受损严重的FN患者中，其准确性优势更为突出。

此外，mNGS结果对治疗具有显著的积极影响。它不仅提高了真菌感染的诊断率，还优化了抗微生物治疗的效果。在FN组中，72.8%的阳性mNGS结果直接指导了临床治疗决策，而在NN组和NTHD组中，这一比例分别为71.8%和59.6%。这些数据表明，mNGS为临床医生提供了更精准的病原体信息，从而提高了治疗的成功率，并减少了抗微生物药物的滥用。

总之，mNGS在不同免疫抑制状态患者中具有重要的临床应用价值，显著提高了感染诊断率，并为抗微生物治疗提供了有效的指导。

文章链接：

https://academic.oup.com/jid/article-abstract/231/2/344/7713875?redirectedFrom=fulltext&login=true

血液病患者血浆病毒群落与临床特征的深度关联

血液病患者因自身疾病或治疗导至免疫系统受损，容易受到病毒感染，这不仅增加了治疗的复杂性，还影响了患者的生存率。因此，研究血液病患者血液中的病毒组成与疾病进展之间的关系显得尤为重要。

近日，北京大学人民医院检验科王辉教授团队通过对大量血液病患者血浆标本mNGS检测，揭示了血浆病毒群落与患者临床特征之间的关系，为血液病的诊疗提供了重要依据。研究发表在Microbiome（IF：13.8）。

研究表明，血液病患者在特定阶段更易感染血浆病毒，并常出现与非病毒病原体的混合感染。病毒感染与发热密切相关，发热患者病原体检测率更高。非血液病患者中，EBV病毒和毛霉菌是发热的主要原因，而血液病患者中发热与非发热患者病原体检测率差异不显著，可能与免疫状态复杂有关。

此外，中性粒细胞减少患者中，革兰氏阴性菌和毛霉菌更为常见，而在非中性粒细胞减少患者中，TTV等病毒的检测率更高，且TTV阳性患者的绝对中性粒细胞计数（ANC）显著升高，而C反应蛋白（CRP）和降钙素原（PCT）水平则显著降低。

同时，血浆病毒组与多种临床特征及临床检测参数密切相关。研究人员通过非参数检验、卡方检验和逻辑回归模型分析发现，黄病毒科和真菌感染与中性粒细胞减少相关，多种病毒感染与移植及血液科疾病相关，且不同年龄、季节、移植阶段和医院分支的患者病毒检测存在差异。这些结果提示血浆病毒组分析在辅助临床诊断和治疗中具有重要价值，能够为早期预防和降低感染率提供科学依据，从而改善患者的生活质量。

该研究是迄今为止规模最大的关于血液病患者血浆病毒组水平的研究，为理解血液病患者血浆病毒组成提供了新的见解。研究人员表示，未来需要更详细和深入的研究来探索这些血液病病毒在疾病进展中的动态变化及其对疾病的影响。

文章链接：

https://microbiomejournal.biomedcentral.com/articles/10.1186/s40168-024-01855-4

肠道微生物群特征预测造血干细胞移植患者血流感染风险

造血干细胞移植（HSCT）是一种用于治疗多种良性和恶性血液疾病的医疗手段，而血流感染（BSI）是其常见且严重的并发症之一。

近日，北京大学人民医院检验科王辉教授团队通过对HSCT患者的研究，揭示了肠道微生物群与BSI之间的关系，以及类肺炎克雷伯菌对胆汁酸代谢和肠道黏膜的影响。研究发表在Journal of Translational Medicine（IF：6.1）。

研究发现，BSI组患者的肠道微生物群多样性和益生菌减少，潜在病原体增加，尤其是类肺炎克雷伯菌。进一步分析表明，基于肠杆菌科和丁酸梭菌科的微生物组特征可以高度预测BSI的发生（AUC=0.879）。此外，血清代谢物分析表明，BSI组患者的胆汁酸水平显著升高，且与类肺炎克雷伯菌的相对丰度呈正相关。

体内实验表明，类肺炎克雷伯菌定植可显著提高小鼠血清中初级胆汁酸水平，降低小肠绒毛高度、隐窝深度和紧密连接蛋白claudin-1的表达，从而破坏肠道黏膜完整性。体外实验进一步证实，类肺炎克雷伯菌能够增加Caco-2细胞单层的通透性，这表明其对肠道屏障功能具有显著的负面影响。

总之，肠道微生物群特征对BSI的发生具有较高的预测价值，有望作为潜在的生物标志物，为开发新的预防和治疗策略提供依据。

文章链接：

https://translational-medicine.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12967-023-04068-9