快速变化的遗传学是医院超级生存的关键

研究人员表示，医院常见的高度耐药性细菌肺炎克雷伯菌(Klebsiella pneumoniae)具有显着的抗菌药物耐药性威胁，应在全球范围内进行监测。这一警告是在新的遗传分析之后发现的，这些分析揭示了肺炎克雷伯菌如何迅速进化以改变其基因组成。这有助于理解几种细菌 - 称为肠杆菌科 - 如何迅速适应目前用于治疗的任何抗生素。

今天在微生物基因组学杂志上发表的这项研究中，北京伦敦大学学院遗传学研究所和北京大学人民医院的科学家小组跟踪了2016年因血液中毒导致患者死亡后北京一家医院肺炎克雷伯氏菌的传播情况。

通过遗传分析从感染患者，无症状的携带者和医院病房环境中采集的100株肺炎克雷伯氏菌，在14个月内，他们发现这些细菌具有高度传染性，能够在很短的时间内对任何可用的抗生素进行遗传适应一段时间。

发现肺炎克雷伯氏菌的医院爆发菌株具有非常高的耐药性，所有分离物均显示出对多种药物类别的耐药性，包括对碳青霉烯类药物 - 抗生素作为治疗严重感染的最后手段。

到2050年，预计耐药性感染的死亡人数将从每年70万增加到1000万，耐药碳青霉烯类肠杆菌被列为疾病控制和预防中心的三大紧急威胁之一，也是全球关键的关键 - 世界卫生组织的优先事项。

“世界各地医院常见的细菌在其武器库中传播的基因组工具越来越多，传播并导致致命的感染。碳青霉烯类药物是我们在没有其他工作时使用的药物，因此耐药碳青霉烯类的细菌增加是一个非常重要的公众健康威胁。这意味着我们已经没有治疗选择，需要增加我们对这些细菌的全球研究和监测，“研究作者Francois Balloux教授(伦敦大学学院遗传学研究所)解释道。

该团队使用全基因组DNA序列数据重建高度耐药细菌的进化，包括跟踪它们在医院内的传播，跨越三个校区，19个病房和两个重症监护室。

“使用全基因组遗传数据，我们可以清楚地了解它们在医院周围的传播。看到这些细菌在病人之间移动是多么容易，特别是那些在重症监护病房的人，这是非常了不起的，但我们也发现它们通过不同的医院站点传播病房设备，包括病床栏杆和医疗设备，“Lucy van Dorp博士(伦敦大学学院遗传学研究所)，英国团队的第一作者和首席研究员。

“在我们开始监测计划之前，我们发现这些细菌已经在医院流通了至少一年，这表明该指数患者可能没有参与任何后续传播给其他患者。令人欣慰的是，肺炎克雷伯氏菌的爆发随后发生。由全院范围的干预措施控制，包括改善受感染病房的清洁和新的空气消毒协议。“

除了追踪疫情的蔓延外，研究人员还考虑了细菌基因组的哪些部分携带了逃避抗生素治疗所需的基因。

“像克雷伯氏菌这样的细菌携带额外的DNA包装成称为质粒的移动转移元件，”Balloux教授解释道。“这次爆发的细菌在它们携带的质粒中具有非同寻常的多样性，正是这些单位保留了帮助细菌继续感染病人的基因，即使面对碳青霉烯类治疗也是如此。”

质粒允许细菌容易地在生物体之间转移遗传信息，并且存在于许多细菌种类中，这些细菌在医院中是常见的并且是全球范围内变得越来越难以治疗的感染的原因。

在这项研究中，基因组数据显示大多数肺炎克雷伯菌的爆发分离株携带多拷贝的抗性质粒。这使他们能够分享和交换大量非常不同的抗菌素抗性基因，只有一种公认的抗菌药物抗性基因 - fosA - 存在于所有菌株中。

“我们发现这些细菌携带了许多抗性质粒，在某些情况下，这些质粒存在多个拷贝。我们证明了拷贝数有助于预测细菌对治疗的成功程度。这意味着它不仅仅是van Dorp博士解释说，一种基因的存在赋予了很重要的抗性，但也存在于感染菌株中的丰度。

“目前用于追踪疫情的大多数基于DNA测序的诊断都没有考虑到这一事实，这表明基因组测序作为研究多重耐药性医院爆发的工具是多么有价值。”

北京大学人民医院的患者和工作人员的参与使研究成为可能。该研究由Newton Trust UK-China NSFC计划资助。

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