公卫学院扈庆华课题组发现了bla_CTX-M-14b和qnrS1基因位于染色体的肯塔基沙门菌

非伤寒肠道沙门菌是最流行的人畜共患病原体之一，头孢和喹诺酮类抗生素是治疗沙门菌感染的一线药物，对沙门菌感染的治疗至关重要。近年来，肯塔基沙门菌已成为世界范围内引起食源性疾病最常见的沙门菌血清型之一，其中对喹诺酮类抗生素高度耐药的肯塔基沙门菌广泛存在，主要与序列型ST 198的传播有关。全基因组测序（Whole Genome Sequencing，WGS）是一种覆盖全部基因组并能灵敏发现基因变异的新兴技术，可通过测序数据预测血清型、分析耐药基因与毒力因子等，并结合进化关系进行整体分析。在临床微生物实验室实施 WGS 可以有效地帮助对新出现的病原体进行流行病学研究，并阐明抗生素耐药性的基因组基础。

山西医科大学公共卫生学院/深圳市疾病预防控制中心扈庆华教授团队采用全基因组测序和抗生素敏感性试验，分析了2010~2021年从深圳市食源性疾病监测网络中收集的43株ST198肯塔基沙门菌基因组和耐药特征，为指导临床合理使用抗生素和控制肯塔基沙门菌传播提供依据。

研究发现：全球ST198肯塔基沙门菌进化树可分为5个分支，深圳分离株分布在clades 198.1、198.2-1和198.2-2上，主要分布在clade 198.2上，大部分深圳菌株与国内分离株聚类，部分菌株与欧洲、东南亚等国家分离株聚类（图1）。药物敏感性试验表明深圳的肯塔基沙门菌多重耐药率高（94.7%，54/57）。其中对一线药物头孢类和喹诺酮类药物的耐药率为：头孢噻肟（84.21%，48/57）、头孢他啶（36.84%，21/57）、萘啶酸（91.23%，52/57）、环丙沙星（89.47%，51/57），与携带相关耐药基因有关。

图1 全球ST198肯塔基沙门菌核心基因组最大似然树。参考基因组为CP028357。最外层填充的圆圈表示存在bla_CTX-M-14b和qnrS1。外圈表示不同的大陆、QRDR突变类型和SGIs。内圈显示了菌株分离的区域和时间。深圳分离株用红色标明。

通过WGS在深圳ST198肯塔基沙门菌检出大量与头孢耐药相关的产超广谱β-内酰胺酶基因基因（93.0%，40/43），其中clade 198.2-1上所有菌株均携带bla_CTX-M-14b基因（图2），而在全球系统发育树中发现clade 198.2-1 上不仅深圳菌株，所有中国菌株均携带bla_CTX-M-14b基因（该基因在肯塔基沙门菌中较少出现），即国内存在该基因的克隆群，且中国的bla_CTX-M-14b克隆群与之前在欧洲报道过的bla_CTX-M-14b克隆群聚类（图1）（Emerging Microbes & Infections, 2020, VOL. 9）。通过三代全基因组测序发现bla_CTX-M-14b基因均位于细菌染色体上，这可以解释为什么该基因会稳定存在于clade 198.2-1的菌株中，且通过比较基因组发现，bla_CTX-M-14b在中国菌株中的基因组背景与在欧洲菌株中的基因组背景高度相似（图3），更提示中国出现该克隆群可能与欧洲有关，还需进一步证明。

图2  左图为43株深圳ST198肯塔基沙门菌的核心基因组最大似然树，参考基因组为CP028357。叶节点上图标表示分离的宿主类型，从无症状携带者中分离出来的菌株号用红色标明。中间，采样年份、QRDRs突变类型用不同的颜色表示。右图，蓝色填充的方块表示存在该耐药基因。

图3 含有bla_CTX-M-14b的肯塔基沙门菌的比较基因组分析。（A）欧洲肯塔基沙门菌分离株 367220 染色体携带bla_CTX-M-14b（SRA 登录号：SRR5583183），（B）深圳肯塔基沙门菌 SK17-1 中染色体携带bla_CTX-M-14b，（C）四川肯塔基沙门菌分离株染色体携带bla_CTX-M-14b（GenBank登录号：wiaj000000000000000000）。蓝色箭头表示基因组位点；灰色的区域代表同源区域。

关于对喹诺酮类药物的耐药机制，深圳ST198 肯塔基沙门菌中除了出现常见的gyrA和parC上的突变外（100%，43/43）（图2），还携带许多质粒介导喹诺酮耐药基因qnrS1（34.9%，15/43），该耐药基因较少在国外肯塔基沙门菌中发现。通过三代测序发现qnrS1在2017年前分离的3株菌中存在于IncHI2质粒上，在2017年后分离的12株菌中，则位于染色体上。且qnrS1在质粒上的基因组背景与在染色体上的背景相似，突出了该基因从质粒转移到染色体上的可能性（图4）。质粒转移到染色体上，会使该耐药基因稳定遗传。研究发现第一株检出携带qnrS1的菌株SK14-1与越南等东南亚等地的菌株亲缘关系密切（图1），且通过NCBI在线blast发现，SK14-1中携带qnrS1的质粒IncHI2与从越南分离的肯塔基沙门菌中的IncHI2质粒高度相似，说明qnrS1在中国肯塔基沙门菌中的引入可能与越南等东南亚国家有关。

图4 携带qnrS1的肯塔基沙门菌比较基因组分析。（A）深圳肯塔基沙门菌SK14-1中IncHI2质粒携带qnrS1，（B）深圳肯塔基沙门菌 SK17-3中IncHI2质粒携带qnrS1，（C）深圳肯塔基沙门菌SK21-5中染色体携带qnrS1，（D）浙江省肯塔基沙门菌 zj-f54 中染色体携带 qnrS1（GenBank 登录号：SAMN11665842），（E）江苏省肯塔基沙门菌分离株 NT-h3189 中染色体携带qnrS1（GenBank 登录号：SAMN26994371），（F）安徽省肯塔基沙门菌分离株 AH19MCS1 中染色体携带qnrS1（GenBank登录号：SAMN30275504），（G）深圳德尔卑沙门菌中质粒MH884653.1携带qnrS1。蓝色箭头表示基因组位点，灰色的区域代表同源区域。

相关研究成果发表于International Journal of Antimicrobial Agents，实时影响因子为15.441，扈庆华教授和江敏博士（山西医科大学，深圳市疾病预防控制中心）为本论文的共同通讯作者。山西医科大学硕士生佘艺颖和深圳市疾病预防控制中心姜伊祥为本论文共同第一作者，山西医科大学硕士生罗苗苗是本文的第三作者。该项研究工作得到了深圳市“三名工程”、深圳市医学重点学科（公共卫生重点专科）、深圳市可持续发展科技专项项目、中国医学科学院中央级公益性科研院所基本科研业务费专项等项目资金的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.ijantimicag.2023.106896.