关键质粒驱动CTX-M-27在大肠杆菌中的全球传播：质粒-宿主协同进化机制解析

　　本研究针对CTX-M-27产酶大肠杆菌全球传播机制不明的问题，通过对543株菌株进行多组学分析，发现IncF型质粒是blaCTX-M-27传播的主要载体，其与ST131等高危克隆存在特异性互作。研究揭示了IS26介导的"桥接"结构促进质粒进化，且新近分离的质粒可增强宿主适应性，为耐药基因传播机制提供了进化生物学视角。

　　

在抗生素耐药性成为全球健康重大威胁的今天，超广谱β-内酰胺酶（ESBLs）尤其令人担忧。其中，CTX-M型酶已成为全球最常见的ESBLs类型，而bla_CTX-M-27亚型的检出率近年来呈现快速增长趋势。从突尼斯患者中46.67%的检出率到德国2009-2016年间从零到45%的跃升，这一基因的传播速度令人震惊。更令人不安的是，伴随动物源样本中高检出率的报道，CTX-M-27产酶大肠杆菌已然成为跨物种传播的潜在威胁。

面对这一严峻形势，研究人员迫切需要回答几个关键问题：是什么遗传载体在推动bla_CTX-M-27的全球传播？这些载体如何与宿主细菌协同进化？其传播机制是否随时间发生变化？为解答这些问题，广州医科大学附属第一医院感染科张岩团队联合国内外多家机构，在《Infection》杂志上发表了关于CTX-M-27传播机制的重要研究成果。

研究团队收集了2003-2020年间全球分离的543株CTX-M-27产酶大肠杆菌基因组，通过全基因组测序和生物信息学分析，结合质粒接合实验和稳定性验证，系统阐述了bla_CTX-M-27的传播规律。技术方法主要包括：全基因组测序（Illumina和Oxford Nanopore平台）、系统发育分析（SNP构建进化树）、质粒结构分析（PlasmidFinder和pMLST分型）、接合实验验证质粒传播能力，以及质粒稳定性与细菌生长曲线评估。

分析CTX-M-27产酶大肠杆菌菌株的分布特征

研究结果显示，CTX-M-27产酶大肠杆菌主要来源于住院患者（313株），同时广泛分布于动物（143株）、健康人群（39株）、环境（31株）和食品（10株）中。在地理分布上，这些菌株覆盖35个国家，以美国、中国、法国、日本和越南为主。时间分布分析表明，ST131是各时间段的主导序列型，且2012年后ST类型多样性显著增加。值得注意的是，ST131克隆是唯一在所有宿主群体中均被检测到的序列型，显示出其卓越的适应性和传播能力。

CTX-M-27产酶大肠杆菌的 Phylogenetic Groups、STs和ARGs分析

研究人员发现，bla_CTX-M-27基因常与介导大环内酯类、四环素类、磺胺类和氨基糖苷类耐药的基因共存，如mdf(A)、tet(A)、sul2等。更令人担忧的是，31株菌同时携带介导黏菌素耐药的mcr-1基因，且这些菌株均分离自亚洲国家。此外，5株菌同时携带介导碳青霉烯类耐药的bla_KPC-2基因，其中4株属于高危ST131克隆，凸显了多重耐药菌株的涌现趋势。

分析bla_CTX-M-27携带质粒

研究揭示IncF型质粒是bla_CTX-M-27传播的主要载体，其中F1:A2:B20（34/86）、F2:A-:B10（11/86）和F24:A-:B1（6/86）为主要亚型。更重要的是，质粒亚型与宿主ST型存在明显倾向性：85.29%的F1:A2:B20质粒由ST131大肠杆菌携带，而90.9%的F2:A-:B10质粒由ST38大肠杆菌携带。这种特异性关联提示质粒与宿主间可能存在协同进化关系。

质粒骨架结构分析显示，DNA转移区和复制子稳定区存在显著变异。在F1:A2:B20和F24:A-:B1/58质粒中，IS1x2和IS26等插入元件的介入导致DNA转移区结构破坏，可能影响质粒的水平转移能力。相反，F2:A-:B10质粒的DNA转移结构则相对保守。

非IncF型bla_CTX-M-27质粒的结构

研究鉴定出△ISEcp1-bla_CTX-M-27-IS903B-△TnAs1这一保守结构存在于多种非IncF质粒和染色体中。该结构可能介导bla_CTX-M-27基因在不同遗传背景间的移动，特别是在中国动物源肠杆菌中频繁检测到，表明其在基因水平转移中的重要作用。

CTX-M-27的遗传结构'>

IncF质粒中bla_CTX-M-27遗传结构的分析

研究发现IncF质粒中bla_CTX-M-27遗传结构通过独特的"桥接"结构与质粒骨架相连，该结构一侧始终由IS26侧翼。IS26在不同位置截断ISEcp1，形成多样化的遗传结构。这种复杂结构可能促进bla_CTX-M-27在IncF质粒中的长期稳定存在。

CTX-M-27侧翼遗传结构的进化'>

bla_CTX-M-27携带质粒的适应性影响

质粒稳定性实验表明，早期分离的F2:A-:B-和IncN型质粒在宿主中稳定性较差，而后期分离的F24:A-:B1、F18:A-:B34和F2:A1:B1型质粒则能稳定存在。生长曲线分析更令人惊讶地发现，携带这些新近质粒的接合子生长性能优于受体菌，其中F24:A-:B1型质粒的促进作用尤为显著，表明质粒在进化过程中可能为宿主提供了生长优势。

CTX-M-27携带质粒的适应性结果'>

研究结论与讨论部分强调，CTX-M-27产酶大肠杆菌的全球流行是质粒介导传播与宿主适应性进化共同作用的结果。IncF质粒作为主要传播载体，其骨架结构的进化（特别是DNA转移区和复制子稳定区的变异）平衡了质粒的水平传播能力与垂直遗传稳定性。IS26介导的"桥接"结构为bla_CTX-M-27基因与IncF质粒的稳定结合提供了遗传基础，而质粒对宿主生长性能的促进作用则进一步强化了这种关联。

该研究的重要意义在于首次系统阐述了bla_CTX-M-27传播的进化生物学机制，揭示了质粒-宿主协同进化在抗生素耐药性传播中的关键作用。这些发现为理解耐药基因的传播规律提供了新视角，对制定针对性的耐药性控制策略具有重要指导价值。随着MGEs（可移动遗传元件）不断推动细菌耐药性的进化，深入研究其作用机制将成为应对抗生素耐药性挑战的关键。