瞿介明教授团队揭示肺炎克雷伯菌毒力质粒转移新机制：接合型IncF质粒诱动转移毒力质粒-学术-呼吸界

瞿介明教授团队揭示肺炎克雷伯菌毒力质粒转移新机制：接合型IncF质粒诱动转移毒力质粒

来源: 呼吸界 2021-07-26

北京时间7月22日，瞿介明教授团队揭示肺炎克雷伯菌毒力质粒转移新机制的成果刊发在《国际遗传学权威杂志》(Genome Medicine)（IF:11.117）上。近年来，在临床上不断分离到兼具碳青霉烯耐药和高毒力两种表型的肺炎克雷伯菌，给公众健康造成巨大的威胁，但非接合型毒力质粒进入CRKP的转移机制一直不明晰。瑞金医院呼吸与危重症医学科瞿介明教授、上海交通大学生命科学技术学院欧竑宇教授和瑞金医院临床微生物科孙景勇副主任技师的联合研究，揭示了接合型IncF质粒是毒力质粒转移的重要驱动力，能够将非接合型毒力质粒从hvKP诱动转移至CRKP中。这项研究为后续抑制高毒力高耐药肺炎克雷伯菌的形成提供了理论依据。

上海交通大学医学院附属瑞金医院呼吸与危重症医学科主任、上海市呼吸传染病应急防控与诊治重点实验室主任、上海交通大学医学院附属瑞金医院呼吸病研究所所长瞿介明教授为主要通讯作者，上海交通大学生命科学技术学院微生物代谢国家重点实验室欧竑宇教授和上海交通大学医学院附属瑞金医院临床微生物科孙景勇副主任技师为该论文的共同通讯作者，上海交通大学医学院附属瑞金医院呼吸与危重症医学科2017级直博生徐燕萍和上海交通大学生命科学技术学院2017级直博生张剑峰为共同第一作者。

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毒力质粒广泛播散之谜

根据2020年CHINET的监测结果，肺炎克雷伯菌是临床标本中分离率位居第二的病原体，其中碳青霉烯耐药肺炎克雷伯菌（carbapenem-resistant K. pneumoniae, CRKP）的检出率保持在高位，给临床抗感染治疗带来巨大的挑战。长期以来肺炎克雷伯菌被分为经典肺炎克雷伯菌（classic K. pneumoniae, cKP）和高毒力肺炎克雷伯菌（hypervirulent K. pneumoniae, hvKP）：cKP常携带编码抗菌药物抗性的质粒，而hvKP常携带编码粘液调节子、气杆菌素和铁载体等重要毒力因子的质粒（如经典的pLVPK质粒）。近年来，毒力质粒不再局限于hvKP，而逐渐向cKP中扩散，尤其是ST11型CRKP。获得毒力质粒的CRKP表现为碳青霉烯耐药和高毒力两种表型，可引起菌血症、播散性感染甚至是死亡。pLVPK样毒力质粒不编码IV型分泌系统，该类非接合型质粒的水平转移机制始终是个谜。

IncF接合型质粒诱动转移毒力质粒

IncF质粒常携带超广谱β-内酰胺酶和碳青霉烯酶基因，并编码接合转移元件，在促进耐药基因播散的过程中扮演重要角色。有文献报道在CRKP中检出同时携带耐药基因和毒力基因的杂合质粒，这些杂合质粒大多是IncF质粒和毒力质粒的融合形式，有的已被证实可自主接合转移。另有文献报道一株CRKP的毒力质粒可单独转移，或通过和IncF质粒融合而共同转移。然而，这些CRKP中的毒力质粒或杂合质粒的来源不明，毒力质粒从hvKP进入CRKP的转移机制尚待解析。

本研究发现，
在IncF接合型质粒的辅助下，pLVPK样非接合型毒力质粒从hvKP转移到CRKP，且毒力质粒的非自主转移存在多种形式，包括毒力质粒单独转移、与帮助质粒共同转移、与帮助质粒形成杂合质粒进而转移等。

本研究在毒力质粒中识别到了一个新的起始转移位点（origin of transfer, oriT），其nic缺刻位点与IncF接合质粒的相似。随后构建了含有毒力质粒oriT的模拟毒力质粒、缺失oriT的IncF质粒和缺失IV分泌系统的IncF质粒，
进一步确定了毒力质粒可借助IncF接合质粒编码的IV型分泌系统进行非自主转移。此外，还发现了肺炎克雷伯菌胞外多糖的高表达会限制毒力质粒的转移，大肠杆菌可作为中间媒介辅助毒力质粒从hvKP间接进入CRKP。

毒力质粒转移的多种机制

杂合质粒的新型融合机制

既往报道的含有耐药基因和毒力基因的杂合质粒被认为是通过同源重组或IS26介导等方式形成，而本研究发现了另一种杂合质粒形成的方式，即在特定的28-bp位点发生两次DNA单链切割和交换而形成融合。在GenBank收录的2608个肺炎克雷伯菌质粒中，99%的毒力质粒和32%的接合型质粒含有该28-bp融合位点。该融合位点的广泛分布，意味着毒力质粒可能存在更多的机会被诱动转移。