临床上由两种或两种以上病原微生物引起的多微生物感染虽然比较常见，但相关研究却较少。鲍曼不动杆菌（Acinetobacter baumannii）和肺炎克雷伯菌（Klebsiella pneumoniae）是两种经常从多微生物感染中同时分离出来的条件致病菌。这些病原体共存的感染可能比其中任何一种物种单独引起的感染更严重且更难以治疗。有研究表明多微生物感染能够使得病原菌感染的毒力和耐药性增加，但其中协同作用相关的机制，还有待进一步了解。

2023年2月澳大利亚 Macquarie University的Ian Paulsen教授课题组的一项研究揭示了鲍曼不动杆菌和肺炎克雷伯菌之间存在着明显的互养作用，有助于阐明其二者在多微生物感染中共存的基础。

该研究发表在《Nature Communications》（JCR分区1区，2022年影响因子17.694），标题为《Cross-protection and cross-feeding between Klebsiella pneumoniae and Acinetobacter baumannii promotes their co-existence》，Macquarie University的Lucie Semenec为该论文的第一作者，Ian Paulsen教授为该论文的通讯作者。

研究首先对一例人肺部感染中共存的鲍曼不动杆菌AB6870155和肺炎克雷伯菌KP6870155的基因组进行特征分析，发现AB6870155的基因组由一个4.0 Mb的染色体和三个质粒pAB0155_1-3组成，与人痰分离株A85关系最为密切。KP6870155基因组由一个5.36 Mb的染色体和5个名为pKP0155_1-5的质粒组成，与毒力菌株Bckp186关系最为密切。

图1. 鲍曼不动杆菌AB6870155和肺炎克雷伯菌KP6870155的系统发育及同源性

对在合成肺模拟培养基（SLMM）上生长的单物种或混合物种生物被膜培养进行RNA测序，结果显示鲍曼不动杆菌在共培养生物被膜中占比较高（82%），具有明显的适应优势。与单物种培养相比，鲍曼不动杆菌共培养时能量代谢相关基因的表达水平显著增高，刺激反应、中心法则等代谢途径也相对增强（图2a）。对在MH培养基和SLMM上生长的共培养物进行物种特异性PCR用以确定细菌占比，结果发现肺炎克雷伯菌在迟缓期和稳定期占生长优势，随后鲍曼不动杆菌的生长逐渐加快（图2d.2e）。且共培养时呼吸活动增强，这是由于共培养时鲍曼不动杆菌的呼吸通路的表达增强所致。这表明在整个共培养生长过程中所用的营养物质可能会发生变化，使得共培养种群随着时间的推移而波动，从而有利于鲍曼不动杆菌的生长。

图2. AB6870155和KP6870155的呼吸、生长和基因表达

为了阐明为何某些培养基有利于共培养中生物体的生长和代谢活动，使用Biolog PM板进行表型微阵列（PM），结果显示肺炎克雷伯菌具有更高的代谢活性，能够利用101种不同碳源（图3b），且使用糖类作为碳源时呼吸活动最强。而鲍曼不动杆菌只能利用50种（图3b），使用氨基酸作为碳源时呼吸活动最强。共培养时RNA测序结果显示肺炎克雷伯菌中醛脱氢酶表达增加，乳酸脱氢酶表达水平降低，使得共培养生物被膜中乙醇含量增加。同时鲍曼不动杆菌醇脱氢酶转录水平增加，乳酸脱氢酶无明显变化，表明鲍曼不动杆菌在共培养生物被膜中可能利用乙醇作为碳源。为了证实AB6870155和KP6870155之间在代谢水平上确实存在协同作用，该研究采用相互给食试验。结果显示AB6870155只有在KP6870155存在时才能生长，且KP6870155产生的代谢终产物乙醇和乙酸可能充当AB6870155的碳源。

图3. 鲍曼不动杆菌AB6870155和肺炎克雷伯菌KP6870155之间碳源利用和相互给食

已知乙醇能够通过增加压力反应基因的表达及生物被膜的形成来增加鲍曼不动杆菌的毒力，共培养时也发现AB6870155和KP6870155中参与生物被膜形成基因和压力反应基因的表达水平显著增强（图4a），结晶紫生物被膜试验显示，单培养时鲍曼不动杆菌生物被膜形成能力高于肺炎克雷伯菌，但共培养时，肺炎克雷伯菌比例越高生物被膜形成越厚（图4b），这表明单培养生物被膜与共培养生物被膜之间的生物被膜结构可能存在差异。生物被膜的各种压力会导致细菌细胞丝化，共培养时观察到AB6870155和KP6870155细胞分裂基因表达下降，细胞分裂减少，从而导致丝状化的形成。共聚焦激光扫描显微镜显示双物种生物被膜中可能存在两个细胞群（图4c），从而实现代谢物的有效转移和共享。生物被膜能够通过相互给食交换遗传物质和营养物质，从而改变微生物群落中的抗菌药物耐药性，甚至对抗菌剂的交叉耐药性。鲍曼不动杆菌生物被膜形成能显著增强其对头孢噻肟的耐药性。当与AB6870155共享培养基时，KP6870155的生长明显高于在头孢噻肟治疗存在下的单独生长。这是由于AB6870155通过分泌头孢菌素酶对KP6870155进行头孢噻肟的保护，所以共培养时KP6870155在头孢噻肟治疗下的生长增强。

图4. 鲍曼不动杆菌AB6870155和肺炎克雷伯菌KP6870155共存时的生物膜特性

鲍曼不动杆菌存在Ⅵ型分泌系统（T6SS），激活时能够有效杀伤革兰阴性菌，但T6SS的表达能够被多重耐药质粒上的负调节因子或VgrG 刺突蛋白的变体所抑制。共培养时AB6870155菌株T6SS的表达降低，说明共培养时鲍曼不动杆菌不会通过T6SS杀伤肺炎克雷伯菌。两种菌株之间的协同相互作用似乎使平衡倾向于合作而不是种间细菌竞争。共培养时二者压力基因的表达显著增强。细菌的压力反应能导致毒力增强，使用蜡螟幼虫作为体内感染模型，发现与单培养相比，两种菌株共培养时蜡螟的存活率最低（图5c），表明肺炎克雷伯菌和鲍曼不动杆菌合并感染可导致体内毒力增加。

图5. 共培养对抗菌药物耐药性和毒力的影响

总之，研究发现相互保护、生物被膜形成和相互给食是鲍曼不动杆菌和肺炎克雷伯菌协同作用的机制。生物被膜基质能够充当代谢产物交换的媒介，使得鲍曼不动杆菌能够利用肺炎克雷伯菌的发酵副产物乙醇和乳酸进行生长。且鲍曼不动杆菌AB6870155能够交叉保护肺炎克雷伯菌KP6870155免受头孢噻肟抑制浓度的影响。同时肺炎克雷伯菌和鲍曼不动杆菌合并感染时可导致体内毒力增加。综上所述，鲍曼不动杆菌和肺炎克雷伯菌之间存在明显的合养相互作用，有助于阐明二者在多微生物感染中共存的基础。

原文链接

https://www.nature.com/articles/s41467-023-36252-2

作者简介

万采玲

南昌大学与同济大学附属上海市肺科医院2022级联合培养硕士，主要研究方向为病原微生物的耐药、致病机制及分子流行病学。

摘译：万采玲 （上海市肺科医院）；审校：余方友 （上海市肺科医院）

本文转载自订阅号「京港感染论坛」（ID：PIDMIC）

原链接戳：【前沿速递】肺炎克雷伯菌和鲍曼不动杆菌之间的相互保护和相互给食作用促进了二者的共存

* 文章仅供医疗卫生相关从业者阅读参考

本文完

责编：Jerry