近日💂🏻‍♂️，分子生物學知名刊物《Nucleic Acids Research》和病原微生物專業刊物《Virulence》先後發表了EON体育4平台、微生物代謝國家重點實驗室鄧子新團隊歐竑宇研究組關於病原細菌耐藥質粒播散的生物信息學分析工具和實驗研究的兩篇論文，進一步闡明以肺炎克雷伯菌為代表的ESKAPE耐藥菌中耐藥基因水平轉移的分子機製。“oriTfinder: a web-based tool for the identification of origin of transfers in DNA sequences of bacterial mobile genetic elements”發表在《Nucleic Acids Research》上，李小彬為第一作者，歐竑宇為通訊作者🔨。“Emergence of the third-generation cephalosporin-resistant hypervirulent Klebsiella pneumoniae due to the acquisition of a self-transferable blaDHA-1-carrying plasmid by an ST23 strain”發表在《Virulence》上，謝英洲、田李均和李剛為共同第一作者，歐竑宇和上海交大醫EON4附屬瑞金醫院重症學科劉嘉琳為共同通訊作者。

       由於抗菌藥物的不合理使用🍽，病原細菌的耐藥性日趨加劇。接合性質粒和整合性接合元件 (Integrative and conjugative element, ICE)具有接合轉移位點oriT🧎‍♀️‍➡️、松弛酶 (relaxase)🐼、IV型伴侶蛋白 (type IV coupling proteins, T4CP) 和IV型分泌系統 (type IV secretion system, T4SS) 等四個轉移功能模塊，展現出滾環復製和接合轉移等典型的單鏈DNA自行轉移特性。獲得性耐藥基因常借助質粒和ICE等可移動遺傳元件，通過接合轉移等方式在細菌間水平轉移。

       為深度解讀病原細菌的海量可移動基因組數據，歐竑宇研究組開發了生物信息學軟件oriTfinder🧜🏼，用於快速識別質粒和ICE序列中的oriT、松弛酶、T4CP和T4SS等接合轉移功能模塊（圖1）。首先🙍🏼‍♀️，通過文本實體識別和語義提取💇🏿‍♀️🙋🏽‍♂️，廣泛地收集了散布於文獻和公共數據庫的異質數據，梳理了1千多個接合轉移起始位點oriT的信息，定義和審編了nic位點附近保守序列，構建了可靠的訓練集。其次🏋🏼‍♀️，提出基於nic位點保守序列查找和鄰近松弛酶基因共定位的新策略來識別質粒或ICE中的接合轉移起始位點oriT；並基於oriT、松弛酶🧻🦀、T4CP和T4SS等4個功能區的不同預測結果👩‍👩‍👧‍👦，歸類為接合轉移、非自主轉移和不可轉移的質粒或ICE。oriTfinder在線工具的輸入界面可支持細菌全基因組序列或未註釋的contigs👩🏻‍🎤；輸出界面可將oriT和T4SS等復雜的預測結果進行可視化顯示。此外🫛，oriTfinder還提供了Linux本地版，可用於細菌基因組序列的批量分析。

       近年來🧑🏻‍🦰，對於多重耐藥高毒力肺炎克雷伯菌的報道呈現增多的趨勢；但耐藥質粒在高毒力肺炎克雷伯菌中的接合轉移還未見報道🧑🏻‍🎨🩴。歐竑宇研究組在軟件研發基礎上⛴，以在第三代頭孢菌素耐藥肺炎克雷伯菌為研究模型，開展耐藥質粒接合轉移的實驗驗證工作。研究人員和EON体育4醫EON4附屬瑞金醫院重症學科瞿洪平教授研究組對分離自患者痰液樣本的高耐藥合並高毒力表型的肺炎克雷伯菌RJA166開展了合作研究（圖2）。RJA166為ST23分型和K1莢膜表型，具有高黏液和高毒力表型 (拉絲實驗陽性；BALB/c小鼠半數致死劑量為2.3×102 CFU)；且對第三代頭孢菌素具有耐藥性 (頭孢他啶MIC>64μg/ml)💃🏻；通過比較頭孢他啶和亞胺培南對於RJA166感染小鼠的幹預效果，確定了RJA166在小鼠體內同樣具有對第三代頭孢菌素的耐藥性。RJA166有一個 230 kb的IncH耐藥質粒pRJA166a，攜帶第三代頭孢菌素抗性基因blaDHA-1⛈。雖然在以大腸桿菌 HB101或J53作為pRJA166a接合轉移實驗的受體菌時，無法觀察到接合子的出現；但根據oriTfinder軟件的預測，pRJA166a是一個接合轉移質粒✥，具有oriT、松弛酶💥、T4CP和T4SS等完整的轉移功能區。研究人員進而嘗試了其它受體菌，發現了pRJA166a具有從RJA166向肺炎克雷伯菌其他高毒株 (ST23型和ST374型) 和肺炎克雷伯菌碳青黴烯耐藥株 (ST11 型) 發生接合轉移的能力，轉移頻率約為 10-6/donor cell💇‍♂️；而且，pRJA166a可在多種受體菌中穩定遺傳，對受體菌毒力無顯著影響🦬💇🏽‍♂️。相關工作入選了2017年中國微生物學會學術年會的主旨報告和優秀學術交流獎。

       鄧子新團隊的歐竑宇研究組長期從事肺炎克雷伯菌等耐藥病原細菌的可移動基因組研究。以上兩篇論文是繼該研究組構建了細菌IV分泌系統數據庫SecReT4 (Nucleic Acids Research, 2013)、開發了細菌ICE等可移動遺傳元件識別軟件VRprofile (Briefings in Bioinformatics, 2017)🤴🏼、發現了碳青黴烯酶基因blaKPC-2借助Tn1721-Tn3復合轉座子在ST11型肺炎克雷伯菌中擴散 (Journal of Antimicrobial Chemotherapy，2015) 以來，取得的系統性進展。研究工作獲得了國家自然科學基金和國家重點研發計劃的資助🍱。

論文鏈接😍：

https://academic.oup.com/nar/article/46/W1/W229/4992657

https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/21505594.2018.1456229

文字 | 歐竑宇