《Antibiotics》：Genomic Insights into Ciprofloxacin-Resistant Enteropathogenic Escherichia coli ST752 in Republic of Korea: A One Health Perspective on Its Emergence and Transmission
Yeongeun Seo,
Wooju Kang,
Eunkyung Shin,
Jungsun Park,
Mooneui Hong,
Dong-Hyun Roh and
Junyoung Kim
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本研究针对韩国日益严重的环丙沙星耐药肠致病性大肠杆菌（CIP-R EPEC）感染问题，通过对人源和禽源ST752分离株进行全基因组测序与系统发育地理学分析，揭示了该克隆在韩国“同一健康”界面中的传播网络。研究结果表明，韩国流行株可追溯至2000年左右，其源头可能是从欧洲（丹麦）传入，并在人群中稳定循环后进一步传播至禽类与环境。这为制定跨人类、动物、环境的综合性耐药菌监测与防控策略提供了关键的分子流行病学证据。
在全球公共卫生领域，抗生素耐药性的蔓延已成为一场“无声的流行病”，其中，大肠杆菌（Escherichia coli, E. coli）作为常见的致病菌，其耐药性问题尤为棘手。肠致病性大肠杆菌（Enteropathogenic Escherichia coli, EPEC）是导致腹泻的重要病原体之一，而环丙沙星（Ciprofloxacin）作为治疗急性腹泻的一线药物，其耐药性的出现让临床治疗变得困难重重。在韩国，情况似乎格外严峻：数据显示，EPEC是引起细菌性腹泻的最主要病原，占比高达85.2%，远高于我们更常听说的肠出血性大肠杆菌（EHEC）。更麻烦的是，能抵抗环丙沙星的EPEC（CIP-R EPEC）正在增多。那么，这些“超级细菌”从何而来？是在本地悄然进化而成，还是从外部“输入”的？它们是如何在人类、动物乃至环境中传播的？要回答这些问题，传统的流行病学调查显得力不从心，需要借助更强大的“侦探工具”——基因组学，从细菌的遗传密码中寻找线索。一项发表在《Antibiotics》上的研究，便将目光聚焦于韩国流行的CIP-R EPEC，试图从“同一健康”（One Health）的宏观视角，解开其起源与传播之谜。
为了揭示CIP-R EPEC在韩国的传播奥秘，研究人员开展了一项整合基因组学与进化生物学的系统性研究。他们收集了2012年至2024年间从腹泻患者中分离的19株人源CIP-R EPEC，以及2013年从鸡中分离的7株禽源菌株，共计26株同属于ST752型（序列型）的菌株作为核心分析对象。为了追溯其全球起源与进化历史，研究团队还从国际公共数据库（EnteroBase）中调取了482株全球ST752菌株的基因组数据，构建了一个包含508个基因组的大型分析数据集。研究主要运用了以下几项关键技术：首先，通过全基因组测序获取所有菌株完整的遗传信息。其次，利用核心基因组单核苷酸多态性分析来精确衡量菌株间的遗传距离和亲缘关系。最关键的是，研究者采用了贝叶斯系统发育动力学与系统发育地理学分析方法，这是一种基于进化模型和统计学推断的强大工具，能够像绘制“家族迁徙地图”一样，推算出菌株分化的时间、地理传播的路径以及在不同宿主（如人、禽）间跳跃的历史。此外，还通过生物信息学工具对菌株的血清型、耐药基因和毒力因子进行了全面剖析。
研究结果
2.1. 韩国EPEC ONT:H30 ST752的流行状况与基因组相关性
2.1.1. 在人类和禽类群体中的分布
对临床分离株的分析显示，ST752是韩国CIP-R EPEC中最主要的序列型，占全部分离株的28.8%。在此谱系中，ONT:H30血清型占主导地位。该克隆在临床中的出现与之前在禽类中的报道一致，提示两者间可能存在流行病学联系。
2.1.2. 系统发育分析与全基因组SNP比较
通过构建系统发育树和比较单核苷酸多态性，研究人员发现2013年的禽源分离株（KR13-C07和KR13-C62）与2014年的人源分离株（20140033）亲缘关系极近，遗传距离仅相差9-10个SNP。这表明人源与禽源菌株之间存在高度的基因组相似性，支持了跨物种传播的可能性。
2.1.3. 喹诺酮类耐药机制与广谱抗菌药物耐药组
所有菌株均在喹诺酮耐药决定区（QRDRs）的gyrA和parC基因上携带了点突变（如gyrA的S83L, D87N等），这是导致环丙沙星耐药的主要机制。此外，这些菌株还携带了多种其他耐药基因，包括β-内酰胺酶基因（如blaTEM变体、blaCMY-2）、氨基糖苷类耐药基因（如aph(6)-Id, aph(3″)-Ib）、四环素类（tetA, tetB）、氯霉素类（floR, cmlA1）和磺胺类（sul2, sul3）耐药基因，展现出一个广泛的耐药基因库，使其能够抵抗多种抗生素的压力。
2.1.4. 毒力基因含量与基因型变异分析
无论宿主来源如何，EPEC ONT:H30 ST752分离株的毒力因子谱高度保守。所有菌株都携带了与肠细胞脱落位点（LEE）相关的关键基因，如tir、espA、espB、espF，并均确认含有属于ε亚型的eae基因。2013年禽源分离株与2014年人源分离株的毒力基因组成完全相同，进一步证明了两者间的紧密联系。
2.2. ST752谱系的系统发育动力学与系统发育地理学分析
2.2.1. 时间分化与进化动力学
对全球508个ST752分离株的分析显示，该谱系最近的共同祖先可追溯至1980.6年。而韩国分支最近的共同祖先时间被推断为2000.65年，这意味着该谱系在2012年被首次采样前，已在韩国境内传播了约11年。进化速率估计为每年每个位点2.58 × 10-4次替换。种群动态分析表明，ST752的种群规模在2000年左右开始急剧扩张，这与韩国分支的出现时间吻合。
2.2.2. 定向迁移路径与区域连通性
为解析具体传播路径，研究人员对一个包含107个分离株的代表性子集进行了分析。贝叶斯随机搜索变量选择（BSSVS）分析揭示了显著的地理迁移路径。强有力的证据（贝叶斯因子BF=32.16）支持该谱系是从欧洲（具体从丹麦）传入韩国的。同时，韩国似乎成为了一个次级传播源，有显著证据表明其进一步向日本（BF=97.98）和黎巴嫩（BF=71.36）传播。
2.2.3. 宿主生态位转换与“同一健康”传播动力学
在宿主生态位转换分析中，最显著的转换方向是从人类到禽类（BF > 10,000），这表明人类来源的菌株频繁地“溢出”到了农业环境中。同时，也存在从禽类反向传播至人类的显著证据（BF=12.13），凸显了人畜共患传播的潜力。此外，环境在传播循环中也扮演了关键角色，例如从人类到水/河流系统（BF=12.81）以及从水/河流系统到猪（BF=11.64）的转换得到了支持，这说明了ST752谱系在环境中的持久性和跨宿主适应能力。
研究结论与讨论
本研究首次从“同一健康”视角，系统揭示了环丙沙星耐药肠致病性大肠杆菌ST752克隆在韩国的流行全貌、进化起源和复杂传播网络。主要结论可归纳为以下几点：
首先，ST752 ONT:H30是韩国CIP-R EPEC中的优势流行克隆，在人类临床分离株中占比高达28.8%，且与禽类分离株在遗传上高度相似，共享一致的毒力谱，表明该克隆已在韩国的人类-动物界面建立了深度的本地流行。
其次，通过时间校准的系统发育分析，研究推算出韩国ST752分支的共同祖先大约出现在2000年，即比首次临床检测到早了十多年。系统发育地理学重建强烈支持该克隆是从欧洲（特别是丹麦）传入韩国的，此后韩国可能成为了向日本和黎巴嫩等地进一步传播的枢纽。
最为关键的发现是关于传播方向。尽管禽类是重要的储存宿主，但模型分析显示，最显著的传播方向是从人类到禽类（BF > 10,000）。这挑战了“耐药菌主要从动物传给人”的简单认知，提示人类活动本身可能是耐药菌进入农业食物链的重要源头。其传播途径可能是间接的：人类源菌株通过未经充分处理的医疗或生活废水进入环境（如水系），污染了灌溉用水或动物饲料，进而感染禽类。在禽类养殖环境中，由于抗菌药物的广泛使用，这些菌株得以进一步富集和扩散。环境在此过程中不仅是被动的桥梁，更是一个动态的储存库和基因交换“热点”。
当然，研究也存在局限性，例如禽类样本仅集中在2013年，与长达十二年的人源样本在时间上不平衡，这可能影响对宿主间转换速率的精确估算。因此，文中强调这些趋势应被视为统计估计值，需谨慎解读。
综上所述，这项研究清晰地描绘了一幅耐药细菌在“人类-动物-环境”界面中复杂循环的图景。它表明，要有效遏制像CIP-R EPEC ST752这样的高风险耐药克隆的传播，单一的临床监测或养殖场管控是远远不够的。必须建立跨部门的、整合的“同一健康”监测体系，将临床、农业、环境（尤其是水体）的监测数据结合起来，并加强抗菌药物在医疗和农业领域的合理使用。唯有通过这种协同治理，才能切断耐药性的传播链条，保障公共卫生安全。
