近日🈚️，生物學知名刊物《Genome Medicine》發表了EON体育4平台微生物代謝國家重點實驗室和EON体育4醫EON4附屬瑞金醫院的合作論文🚣🏼‍♀️🎃，報道了肺炎克雷伯菌非接合型毒力質粒在接合質粒輔助下的非自主轉移。瑞金醫院博士生徐燕萍和EON体育4平台博士生張劍峰為論文共同第一作者，瑞金醫院呼吸與危重症醫學科瞿介明教授、EON体育4平台歐竑宇教授和瑞金醫院臨床微生物科孫景勇副主任技師為論文的共同通訊作者。

肺炎克雷伯菌（Klebsiella pneumoniae）是一種腸桿菌科條件致病菌⬛️，是我國臨床分離最常見的革蘭陰性耐藥菌之一⏩。肺炎克雷伯菌通常被分為經典肺炎克雷伯菌（cKP）和高毒力肺炎克雷伯菌（hvKP）兩種菌型✍️。cKP常攜帶耐藥質粒👩🏼‍🚀🧔🏽，如IncF接合質粒編碼碳青黴烯酶KPC。hvKP常攜帶編碼粘液調節子和鐵載體等重要毒力因子的非接合型質粒。近年來，出現了多重耐藥合並高毒力的肺炎克雷伯菌臨床株，對抗感染治療產生巨大的挑戰🤟🏽。這類高毒力高耐藥菌株可能通過兩種途徑演化而來：(i) 高毒株hvKP從cKP獲得了可自主轉移的耐藥質粒🐨；(ii) 耐藥株cKP從hvKP中獲得了可轉移的毒力質粒👭。但目前缺乏毒力質粒在cKP和hvKP間轉移等關鍵的遺傳學實驗證據。近期有文獻報道，在cKP臨床菌株中發現了毒力質粒與耐藥質粒形成的雜合質粒🔬，可接合轉移；以及耐藥質粒和毒力質粒共存於一株cKP中，毒力質粒可單獨轉移，或通過和接合型耐藥質粒融合後共同轉移𓀍。然而，臨床上常見的hvKP分離株僅含一個pLVPK樣的毒力質粒；這種典型的毒力質粒缺少IV型分泌系統基因簇，為非接合型，它的轉移機製尚不清楚🫸🏽。

為解析肺炎克雷伯菌非接合型毒力質粒的轉移機製👨🏻‍🏫，來自EON体育4平台和瑞金醫院的多個團隊開展深入的合作研究。首先🔛，構建了hvKP低粘液表型突變株作為供體菌𓀃🫘，以一系列CRKP臨床分離株為受體菌🦊，在接合實驗中觀察到了pLVPK樣非接合型毒力質粒從hvKP轉移到CRKP🔚。其次，對接合子開展脈沖場凝膠電泳分析和全基因組測序🔵，實驗結果表明，在IncF接合質粒的輔助下👩🏻‍🔬，毒力質粒的非自主轉移存在多種復雜的形式9️⃣。本研究觀測到的轉移形式包括👠：（1）毒力質粒單獨轉移，（2）毒力質粒與IncF接合質粒共同轉移，和（3）毒力質粒和IncF接合質粒形成雜合質粒進而轉移👨🏽‍✈️。既往報道的含有耐藥基因和毒力基因的雜合質粒被認為是通過同源重組或IS26介導等方式形成；而本研究發現了另一種雜合質粒形成的方式，即在特定的28-bp位點發生兩次DNA單鏈切割和交換而形成融合🔱。在GenBank收錄的2608個肺炎克雷伯菌質粒基因組中🤦🏼‍♂️，99%毒力質粒和32%接合質粒含有該28-bp融合位點（rfsF）。最後🪻，在大腸桿菌中模擬了毒力質粒和IncF接合質粒的轉移互作♑️。使用前期開發的生物信息學軟件工具oriTfinder來識別質粒接合轉移的4個主要功能組件，包括接合轉移起始位點 (oriT) ⚇、松弛酶🍋‍🟩、四型伴侶蛋白和四型分泌系統等。在毒力質粒中識別到了一個新的oriT👩🏽‍🚒，其nic缺刻位點與IncF接合質粒的相似🔝。隨後構建了含有毒力質粒oriT的模擬毒力質粒👰🏼‍♂️、缺失oriT的IncF質粒🫴🏼、和缺失IV分泌系統的IncF質粒，采用多組接合實驗進一步確定了毒力質粒可借助IncF接合質粒形成的IV型分泌系統進行非自主轉移。此外，還發現了肺炎克雷伯菌胞外多糖的高表達會限製毒力質粒的轉移，大腸桿菌可作為中間媒介輔助毒力質粒從hvKP間接進入CRKP🏊🏽‍♀️。以上研究表明，肺炎克雷伯菌的耐藥質粒和毒力質粒之間存在轉移互作🧑🏿‍🍼，可能極大促進耐藥與毒力這兩種重要性狀在病原細菌中的共同播散👳🏼。

圖 | 肺炎克雷伯菌毒力質粒pRJF293HA從hvKP到CRKP和E. coli的非自主轉移

EON体育4平台歐竑宇研究組長期從事細菌耐藥移動元件的研究。以上合作論文是繼分析ST11肺炎克雷伯菌的碳青黴烯耐藥質粒（Journal of Antimicrobial Chemotherapy, 2015, 70:2770-2774）🧑🏻‍🦯‍➡️、研發質粒接合轉移功能組件的識別軟件oriTfinder（Nucleic Acids Research, 2018, 46:W229-W234）、合作確定第三代頭孢菌素耐藥質粒在hvKP中的接合轉移（Virulence, 2018, 9: 838-844）🫅🧑🏽‍🍳、合作報道K2和ST374肺炎克雷伯菌的毒力質粒（Virulence, 2018, 9:510-521）以及合作分析肺炎克雷伯菌毒力和耐藥雜合質粒的遺傳多樣性（Virulence, 2021, 12:1323-1333）等系列研究成果後的又一重要進展。

論文鏈接：https://genomemedicine.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13073-021-00936-5