《Journal of Global Antimicrobial Resistance》：Genomic Islands Associated with the Dissemination of Multidrug Resistance in Clinically Important Pathogenic Bacteria
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本综述系统阐述了基因组岛（GIs）作为水平基因转移关键载体，在播散抗生素耐药基因（ARGs）及促进多重耐药菌株出现中的核心作用。文章聚焦于GIs的基本结构、功能特征及其在沙门氏菌、变形杆菌、金黄色葡萄球菌、鲍曼不动杆菌等主要流行病原体中的类型/亚型，并详细梳理了其水平转移机制。研究显示，GIs能整合入宿主染色体，在特定信号下切割并转移至新宿主，从而促进了临床重要ARGs的传播。文中对沙门氏菌基因组岛1（SGI1）、葡萄球菌盒式染色体（SCC）以及鲍曼不动杆菌中的AbaR/AbGRI等典型耐药岛的分子结构与传播机制进行了深入剖析。理解GIs的结构、转移机制及核心功能，为未来监测多重耐药基因组岛及开发抗微生物耐药性对策提供了重要参考框架。
在抗生素广泛使用的巨大选择压力下，多重耐药（MDR）和广泛耐药（XDR）菌株不断涌现，已成为全球公共卫生面临的严峻挑战。在这场“军备竞赛”中，细菌通过水平基因转移（HGT）快速交换遗传信息、获取抗生素耐药基因（ARGs），是其对抗生素压力的主要进化策略。而基因组岛（Genomic Islands， GIs）正是细菌HGT的关键载体之一。
基因组岛的结构与功能特征
基因组岛是嵌入细菌染色体、相对独立的DNA片段，大小通常在10-200 kb。它们最显著的特征是其“外来者”身份：GIs的核苷酸特征（如GC含量、二核苷酸偏好性、密码子使用偏好性）常与宿主核心染色体不同，且编码一系列与移动性相关的基因，如整合酶、转座酶或重组酶。绝大多数GIs还有一些共同特点：它们常整合到tRNA、tmRNA或GMP合成酶基因的3’末端，形成16-20 bp的直接重复序列（DRs），作为位点特异性重组（整合和切割）的识别位点；GIs内部常携带其他可移动遗传元件（MGEs），如插入序列、转座子和整合子，这些元件促进了GIs自身的切割、转移和整合；最重要的是，GIs通常聚集着一簇功能基因，能增强宿主适应性。根据其功能特性，GIs可分为毒力岛、耐药岛、代谢岛和共生岛等类型，其中耐药岛（Resistance Islands）是抗生素耐药性传播的“急先锋”。
流行病学意义上的重要耐药岛
沙门氏菌基因组岛1及其相关元件
在革兰氏阴性菌中，沙门氏菌基因组岛1（Salmonella Genomic Island 1， SGI1）是研究最深入的MDR-GI之一。它长约43 kb，由一个27.4 kb的骨架区和一个15 kb的多重耐药（MDR）区构成，特异性地整合到染色体
（又称）基因的3’末端。其MDR区含有一个复杂的I类整合子（In104），携带PSE-1、、、和五个ARGs，赋予了对氨苄西林、氯霉素、链霉素、磺胺类和四环素（ACSSuT）的耐药表型。SGI1具有高度的移动性，能在整合酶和切除酶的介导下从染色体上切割并环化。它自身缺乏完整的接合转移系统，但可以借助IncA/C质粒的帮助，水平转移到沙门氏菌其他血清型、奇异变形杆菌、大肠杆菌、肺炎克雷伯菌等多种宿主细菌中。SGI1与IncC质粒共存的“复制不相容”动力学，反而促进了其高频整合到新宿主染色体中，加速了多重耐药表型的固定。此外，其高频率的水平转移也催生了大量SGI1变体（从SGI1-A到SGI1-Z）以及结构相似的SGI1相关元件（SGI1-REs），如奇异变形杆菌中的PGI1、PGI2，鲍曼不动杆菌中的AGI1，以及在气单胞菌中新发现的AveGI1等，形成了一个成员众多、分布广泛的SGI1家族。
葡萄球菌盒式染色体
在革兰氏阳性菌领域，介导甲氧西林耐药金黄色葡萄球菌（MRSA）产生的葡萄球菌盒式染色体（Staphylococcal Cassette Chromosome ， SCC）是另一个经典范例。MRSA对几乎所有β-内酰胺类抗生素的耐药性，主要源于其携带的基因（或其变体/），该基因编码青霉素结合蛋白2a（PBP2a）。SCC元件大小约为21-67 kb，包含三个主要区域：基因复合体（含基因及其调控基因）、基因复合体（含或重组酶基因）和J区。它整合在染色体基因的3’末端。
目前，已鉴定出15种SCC类型和众多亚型，其分型基于和复合体类别的组合。医院获得性MRSA（HA-MRSA）通常携带较大的SCC I、II或III型，而社区获得性MRSA（CA-MRSA）则多携带较小的IV或V型。SCC的转移机制尚未完全阐明，噬菌体介导的转导被认为是主要途径之一，而近期研究也揭示了在生物膜中，金黄色葡萄球菌被激活的自然转化能力可能在SCC的水平转移中扮演重要角色。
types I, II and III in S. aureus. The black horizontal line represents the SCC backbone. Only the major components—mec gene complex, ccr gene complex, and J1, J2 and J3 regions—are shown. All segments are drawn to scale and the scale bar is shown.">
鲍曼不动杆菌中的AbaR与AbGRI
在全球流行的多重耐药鲍曼不动杆菌中，耐药岛是其耐药性传播的核心。全球克隆1（GC1）主要携带AbaR型耐药岛，而全球克隆2（GC2）则主要携带AbGRI型耐药岛。
以最早在法国菌株AYE（GC1）中发现的AbaR1为例，它是一个插入染色体基因的复杂转座子，包含多个I类整合子、重金属抗性基因、ARGs等，是一个由整合子、转座子、插入序列和耐药基因嵌合而成的“移动军火库”。所有已知的AbaR岛共享一个保守的结构骨架，但因其MDR区内耐药基因组成的变化而分为不同亚型（已报道AbaR0-AbaR32）。大多数AbaR岛缺乏自主转移能力，其传播与Tn<7>样转座子的活动以及鲍曼不动杆菌的自然转化能力密切相关。有趣的是，AbaR通过插入基因部分抑制自然转化效率，从而在避免被自身清除的同时，保留了宿主的环境适应能力，这种巧妙的整合策略有利于其在种群中的固定。
AbGRI岛则主要存在于GC2克隆中，它们插在不同的染色体位点，具有不同的转座子骨架结构，编码对四环素、氨基糖苷类、磺胺类和β-内酰胺类等多种抗生素的耐药性。
可移动基因组岛的转移机制
可移动GIs的转移主要包含四个关键步骤：切割、环化、水平转移以及最后的整合与稳定。
切割与环化：GIs的切割主要由其编码的位点特异性重组酶介导，该酶识别并作用于GI两端的特定短DRs（
和位点），通过重组反应将GI从染色体上切除并环化，形成一个携带位点的染色体外环状分子。环境信号（如宿主SOS应激反应）和重组方向性因子（RDFs）等对切割过程进行精细调控。
水平基因转移：环化的GIs通过接合、转导或转化三种HGT机制在细菌细胞间转移。许多耐药岛（如SGI1）自身缺乏完整接合系统，但可被其细胞内的接合质粒或ICE（整合接合元件）“捎带”转移。转化是自然感受态细菌摄取环境中游离GI DNA的过程，而转导则由噬菌体介导，其中温和噬菌体驱动的横向转导效率极高，可大规模动员染色体片段（如SCC）。
整合与稳定：进入新宿主后，环状GI中间体通过其整合酶催化的位点特异性重组，在
和染色体靶位点之间发生重组，从而实现整合。tRNA等基因的3’末端是GIs优先选择的整合位点。整合后，GIs通过多种策略维持自身稳定，包括：限制修饰系统（逃避宿主限制性内切酶切割）、毒素-抗毒素系统（淘汰丢失GI的子代细胞）、分配系统（确保GI在细胞分裂中均等分配）以及选择保守的基因组整合位点（减少同源重组和切割的发生）。
结论
总而言之，基因组岛作为细菌获取外源ARGs、适应抗菌压力的重要载体，在细菌多重耐药性的传播和进化中扮演着关键角色。从肠杆菌科、沙门氏菌到金黄色葡萄球菌、弧菌科，GIs的身影遍布各大临床重要病原体，其新型别和亚型仍在不断涌现。系统理解GIs的结构、转移机制和核心功能，不仅为监测多重耐药基因组岛提供了框架，也为未来开发针对抗微生物耐药性的新策略奠定了理论基础。除了耐药性，GIs所携带的抗噬菌体系统、代谢调控基因簇、生物膜相关基因等，也暗示着其在细菌免疫防御、环境适应及致病性等方面拥有更广阔的生物学功能版图，等待科学家们进一步探索。
