从韩国牛乳腺炎乳汁中分离出的肺炎克雷伯菌的遗传多样性、毒力基因、抗菌素耐药性及生物膜形成

《Microbiology Spectrum》：Genetic diversity, virulence genes, antimicrobial resistance, and biofilm formation of Klebsiella pneumoniae isolated from bovine mastitis milk in South Korea

　　本研究分析了2017-2023年韩国29株牛乳腺炎分离的Klebsiella pneumoniae的遗传多样性、抗生素耐药性、毒力基因及生物膜形成能力，发现存在23种ST型（含4种新类型），耐药率以四环素（34.5%）和磺胺异噁唑（31.0%）最高，所有菌株均能形成生物膜（89%中到强），并检测到2株高黏性表型及1株K2血清型，提示持续监测和防控措施的重要性。

　　在南韩的牛乳腺炎中，Klebsiella pneumoniae 是一种重要的病原体，其对畜牧业和公共健康都带来了显著的挑战。这项研究对从2017年至2023年期间从牛乳腺炎奶样中分离出的29株K. pneumoniae进行了遗传多样性、抗生素耐药性、毒力基因和生物膜形成能力的综合分析。通过多基因序列分型（MLST）方法，研究发现这些菌株涵盖了23种不同的序列型（ST），其中包括四种新的ST，这表明该病原体在遗传层面具有高度的异质性，并且没有明显的主导克隆群。这与之前在美、苏格兰和中国等地区研究发现的K. pneumoniae在牛乳腺炎中的遗传多样性一致，说明其感染可能来源于多种环境因素，而非单一的克隆传播。

研究还发现，除了固有的耐药性外，K. pneumoniae对四环素的耐药率最高，达到34.5%，其次是磺胺类药物（31.0%）。其他抗生素的耐药率较低，仅在0%至20.7%之间。同时，有20.7%的菌株表现出多重耐药（MDR），这提示在治疗过程中抗生素的使用需要更加谨慎，以避免耐药性菌株的扩散。此外，研究中检测到的毒力基因包括ureA、uge、wabG和fimH，而allS、rmpA、iucB和iroNB等毒力基因则未被检测到。这表明，尽管K. pneumoniae具有多种毒力因子，但在这些分离株中，某些与高毒力相关的关键基因缺失，可能与它们在牛乳腺炎中的特定毒力特征有关。

研究中还发现，有两株K. pneumoniae表现出超黏液性表型，其中一株属于K2荚膜血清型。所有分离株均显示出生物膜形成能力，其中超过89%的菌株表现出中度到强的生物膜形成，这表明它们在乳腺组织中具有较强的附着和持续感染的潜力。生物膜的形成有助于细菌在宿主防御机制和抗生素作用下存活，这可能进一步影响乳腺炎的治疗效果。同时，研究发现fimH基因在所有菌株中均被检测到，而与生物膜形成相关的wcaG基因则仅在少数菌株中存在，这可能意味着fimH在K. pneumoniae在牛乳腺中形成生物膜的早期阶段起着关键作用。

从环境角度来看，K. pneumoniae的传播与农场环境密切相关，包括奶牛的粪便、通道、垫料、水源以及挤奶设备等。这些因素为K. pneumoniae的生存和传播提供了适宜的条件，因此改善农场环境卫生和管理措施对于防止该病原体的传播至关重要。此外，虽然K. pneumoniae在人类中被认为是高毒力病原体，但其在牛乳腺炎中的表现可能有所不同，这表明需要进一步研究其在牛体内的毒力特征。

在抗菌药物耐药性方面，研究发现与之前在2003年至2008年的研究相比，某些抗生素的耐药率有所下降。这可能与南韩近年来加强的乳腺炎控制措施有关，如更合理的抗菌药物使用、提高挤奶卫生标准以及实施标准化的治疗方案。然而，尽管有这些改善，仍然需要持续监测抗菌药物的使用情况，以防止耐药性菌株的再次出现。

研究还发现，一株K. pneumoniae表现出产超广谱β-内酰胺酶（ESBL）的特性，这提示在牛乳腺炎中也存在抗菌药物耐药性的潜在风险。虽然该菌株的出现并未显示在农场中广泛传播，但其临床意义不容忽视，尤其是在抗菌药物治疗效果下降的情况下。因此，持续的监测和研究对于了解ESBL菌株的传播模式和其对动物及人类健康的影响至关重要。

在毒力基因和生物膜形成能力方面，研究发现虽然K. pneumoniae具有多种毒力因子，但在南韩分离的菌株中，某些与高毒力相关的基因如rmpA和iucB未被检测到。这可能表明这些菌株在牛乳腺炎中的毒力表现与在人类中的毒力表现存在差异。此外，虽然yersiniabactin这一铁载体系统在人类临床菌株中较为常见，但在南韩的菌株中仅检测到两株，这可能反映了宿主环境对毒力基因表达的特定影响。

从研究方法来看，本研究采用了一系列分子生物学技术，包括MLST、PCR检测毒力基因和抗生素耐药基因，以及生物膜形成实验。这些方法为深入理解K. pneumoniae的遗传特征和毒力机制提供了重要依据。此外，通过统计分析，研究还发现不同抗生素之间的耐药率存在显著差异，这为制定更有效的抗菌药物管理策略提供了参考。

研究还强调了持续监测和进一步研究的重要性，特别是在K. pneumoniae的毒力特征和抗菌药物耐药性方面。随着全球对耐药性病原体的关注不断增加，南韩的这一研究为理解K. pneumoniae在牛乳腺炎中的角色提供了新的视角。未来的研究应进一步探讨K. pneumoniae在不同宿主环境中的适应性和传播机制，以及其对公共健康的影响。

此外，研究中提到的MLST分析显示，尽管大多数牛乳腺炎菌株与人类感染菌株分散分布，但ST107克隆群在牛乳腺炎菌株中较为集中。这一发现可能表明存在与牛宿主相关的特定基因型，但需要更广泛的样本和更全面的数据来验证这一假设。这提示在未来的分子流行病学研究中，应考虑更广泛的地理和环境因素，以获得更准确的结论。

总的来说，这项研究揭示了K. pneumoniae在牛乳腺炎中的重要性，并强调了其在遗传多样性、抗菌药物耐药性和毒力方面的复杂性。这些发现不仅有助于理解K. pneumoniae在牛乳腺炎中的传播和致病机制，还为制定更有效的控制措施提供了科学依据。持续的监测和研究对于减少K. pneumoniae的传播、改善抗菌药物管理以及保护公众健康具有重要意义。