研究人员首次发现，在医院超级细菌克雷伯氏菌中，细菌抗性基因是如何通过细菌质粒在整个大陆范围内传播的。来自惠康桑格研究所和牛津大学大数据研究所的基因组病原体监测中心的研究人员及其合作者使用基因组测序技术来分析质粒，即细菌中可以携带抗生素抗性基因的基因结构。以及来自欧洲医院患者的克雷伯菌样本的细菌染色体。

该发现于今天(9月24日)发表在《美国国家科学院院刊》上，揭示了抗生素抗性基因通过质粒通过细菌种群传播的三种不同途径。研究人员说，至关重要的是在追踪抗生素抗药性时应包括质粒，以最大程度地阻止超级细菌。

肠杆菌科细菌家族的成员可以对称为碳青霉烯类的最后一道抗生素产生抗药性，并且在世界卫生组织的优先病原体清单中被列为严重威胁。在这个家族中，克雷伯菌是一种机会病原体，会引起严重的疾病，包括和脑膜炎。

克雷伯氏菌通过获得称为碳青霉烯酶基因的抗生素抗性基因而对碳青霉烯类产生抗药性，该基因编码咀嚼抗生素的酶。

在克雷伯菌中，这些碳青霉烯酶基因通常在质粒上发现-细菌染色体之外的较小的环状DNA片段。质粒可以在不同菌株和细菌种类之间跳跃，这意味着抗生素抗性基因可以迅速传播并推动全球范围内抗生素抗性细菌感染的迅速增加。

因此，研究人员在追踪细菌的进化和传播时必须包括质粒，以真实了解抗生素抗性基因如何传播。然而，由于基因序列的大小和结构的可，以前难以使用基因组测序来可靠地追踪质粒的进化。

现在，借助长期阅读的测序技术，研究人员能够读取和重建质粒的完整序列。

在一项新研究中，来自基因组病原体监测中心的研究人员及其合作者对来自欧洲的79例克雷伯菌样本进行了长期的基因组测序。

研究小组从这些样品中产生了完整的质粒序列，并与同一调查中的1700多个先前短读测序的克雷伯氏菌样品一起进行了研究，以了解抗生素抗性基因如何在欧洲医院的细菌种群中传播。

来自基因组病原体监测中心的第一作者Sophia David博士说：“要充分了解抗生素抗性的传播方式，我们需要考虑质粒的作用。在这项研究中，这是第一个分析质粒遗传序列的研究在大陆范围内，我们发现了三种主要途径，抗生素抗性基因通过这些途径通过质粒传播到了克雷伯菌。”

三种传播途径涉及一种质粒在多种菌株之间跳跃，多种质粒在多种菌株之间传播，以及多种质粒在克雷伯菌的一种菌株内传播。

德国弗赖堡大学的合著者哈霍·格伦德曼教授说：“这些新的见解对克雷伯菌中抗生素抗性基因的三种传播途径对于控制抗生素抗药性感染的爆发至关重要。了解这些传播策略可以定制干预措施，以控制优势质粒，控制优势菌株，或在复杂情况下同时控制两者。例如，如果发生医院暴发并且菌株携带高风险质粒，则该质粒可能会跳入其他需要监测的细菌菌株或物种。”

该研究小组还发现，编码碳青霉烯酶基因的质粒在被高风险菌株捕获后传播最为成功。这加强了通过在医疗环境中进行早期检测和严格的感染控制来防止高危菌株传播的重要性。

共同首席作者兼基因组病原体监测中心主任David Aanensen教授说：“在追踪某些抗生素抗性细菌时，质粒是难题的缺失部分之一。分析细菌染色体和质粒的遗传序列可以得出我们将更详细地了解抗生素抗性基因和机制如何在人群中传播。细菌的基因组监测应包括质粒和其他移动元件，以应对抗生素抗性感染的增加。”