在中国“同一健康”（One Health）各个领域中，blaNDM-5阳性大肠杆菌ST602克隆同时携带耐药性和毒力质粒的现象

《Journal of Hazardous Materials》：Co-occurrence of resistance and virulence plasmids in a blaNDM-5-positive Escherichia coli ST602 clone across One Health sectors in China

　　

天阳浩|王桥军|彭凯|吕月通|李长安|王绵志|爱德华·J·费尔|王志强|李瑞超

中国江苏省重要动物传染病和人畜共患病防控协同创新中心，扬州大学，扬州，225009，中华人民共和国

摘要

在人类、动物和环境领域中传播的碳青霉烯类耐药细菌日益成为公共卫生问题。我们通过全基因组测序和质粒特征分析，研究了中国一个综合养鸭-养蛋生态系统中的bla_NDM-5阳性大肠杆菌 ST602菌株。从103株碳青霉烯类耐药大肠杆菌（CREC）分离株中选取的44株代表性菌株中，有7株属于ST602菌株，并形成了一个遗传相关的O103:H21菌群，这些菌株来自同一农场生态系统中的人类、鸭子和环境样本。为了将这些分离株置于更广泛的背景中，我们分析了一个包含628个ST602基因组的全球数据库。本地ST602菌株在全球数据库中归属于B1 O103:H21亚群，而该亚群主要由欧洲和北美的基因组组成。在所有7株菌株中，bla_NDM-5基因都位于Conjugative IncHI2/IncHI2A质粒上，该质粒具有保守的IS5–bla_{NDM-5–ble–trpF–IS26结构。这些菌株还携带一个非接合性的IncFIB/IncFIC(FII)质粒，其中包含与毒力相关的基因（iutA、iroBCDEN、iucABCD、hlyF、iss、traT）以及其他耐药决定因子。比较分析还表明，编码细菌素的基因富集，并且blaNDM-5与其他耐药基因之间存在反复共现的模式。这些发现进一步证明了在养鸭场“同一健康”（One Health）环境中存在一个遗传相关的O103:H21-ST602菌群，该菌群同时携带可转移的碳青霉烯类耐药性和保守的与毒力相关的质粒，这突显了对当地出现的CREC谱系进行综合基因组监测的必要性。}

引言

根据《柳叶刀全球抗菌素耐药性负担报告》[2]，抗菌素耐药性（AMR）已成为全球性的公共卫生危机[1]，每年导致近495万人死亡。在耐药病原体中，碳青霉烯类耐药肠杆菌目（CRE），尤其是碳青霉烯类耐药大肠杆菌（CREC），对感染控制和临床治疗构成了重大挑战。bla_NDM-5基因是最常见的碳青霉烯酶基因之一，其传播主要通过可转移的IncX3质粒[3]实现，促进了细菌物种和生态领域之间的水平基因转移[4]。

“同一健康”（One Health）框架下人类、动物和环境健康的交叉点被认为是抗菌素耐药性出现和传播的关键。最近的专家共识强调了基因组监测在加强抗菌素耐药性监测和控制方面的未充分利用潜力[5]。它还强调了基因组监测在实施“同一健康”框架中的关键作用，有助于追踪源头并模拟跨生态边界的抗菌素耐药性传播[6]。此外，中国最近的基因组和宏基因组调查显示，家禽、环境和加工链微生物组之间存在复杂的抗菌素耐药性网络，这既体现了进展，也揭示了农业抗菌素耐药性监测中的持续差距[7]。

重要的是，最近的大规模基因组研究表明，CREC的全球传播越来越多地受到高风险克隆的克隆扩增以及质粒介导的传播的影响[8]。一项针对来自75个国家的7,731株人类来源的CREC分离株的全面研究发现，NDM型碳青霉烯酶占所有碳青霉烯酶基因的52.15%，其中中国贡献了近15%的分离株[9]。包括ST167、ST131和ST410在内的主要序列类型（STs）在各大洲范围内广泛传播[10]、[11]，这突显了通过基因组监测来检测和遏制新兴流行谱系的必要性[12]。与ST131、ST167和ST410等已充分研究的高风险谱系相比，E. coli ST602在CREC监测中受到的关注要少得多。然而，最近的报告在动物和鸟类相关来源中检测到了ST602，并表明该谱系可以携带多种耐药性和与毒力相关的基因[13]。这些观察结果表明，ST602可能在人类-动物-环境界面代表一个被低估的谱系，但其质粒背景和在基于农场的“同一健康”环境中的局部基因组流行病学特征仍不充分了解。

在中国，畜牧业和家禽生产中抗生素的广泛使用且监管不足可能加速了抗菌素耐药性的传播[14]。尽管世界卫生组织（WHO）一直在倡导协调的“同一健康”策略，但农业环境中的全面基因组监测仍然有限。最近的基因组证据表明，不仅在临床患者中，而且在健康个体中也发现了携带bla_{NDM-5的大肠杆菌[15]，这表明碳青霉烯类耐药菌株可能超出医院环境而扩散，迫切需要开展综合基因组监测。在这里，我们研究了一个综合养鸭生态系统中的blaNDM-5阳性大肠杆菌，以表征农场相关ST602菌株的基因组相关性及保守的质粒结构，并将这些发现置于全球ST602基因组背景下。}

章节片段

碳青霉烯类耐药大肠杆菌的分离

2023年，从中国安徽省当山市的一个养鸭场收集了567份非重复样本。这些样本包括环境样本（农场地面粪便，n = 80；蛋壳表面，n = 80；鸭舍，n = 20；饮用水，n = 20）、农场工作人员的粪便样本（n = 8）以及患病鸭子的样本（肝脏，n = 240；肠道，n = 119）。环境和工作人员样本是通过将无菌拭子擦拭表面后放入1毫升培养基中获得的

2023年，从中国安徽省当山市的一个养鸭场收集了567份非重复样本。在这些样本中，有103株被确认为CREC，根据本研究使用的分离流程，总体检出率为18.16%。CREC来自多个样本类别，包括患病鸭子的肠道样本（78/119）、鸭子粪便（10/80）和肝脏样本（6/240）（图S1B）。由于不同的预处理方法

这一发现表明CREC存在于多个与农场相关的样本类别中，尽管由于使用了不同的分离流程，因此应谨慎进行样本类型之间的直接比较或与以往研究的比较[34]。尽管基因组景观显示出相当大的多样性（21种序列类型

本研究存在几个局限性。首先，本地采样仅限于一个综合养鸭场，这限制了将其结果直接推广到其他生产系统的能力。其次，不同样本类型使用了不同的分离流程，因此无法严格比较不同来源之间的流行率。第三，基因组分析仅针对44株代表性分离株进行，而不是整个当地的CREC集合。第四，全球比较依赖于公开可用的基因组数据

本研究表明，一个综合养鸭生态系统可以容纳携带耐药性和与毒力相关质粒的碳青霉烯类耐药大肠杆菌。从鸭子、人类和环境样本中回收到的遗传相关的bla_NDM-5阳性ST602菌株突显了农业环境作为临床相关抗菌素耐药性储存库的潜在作用。这些发现强调了需要对农场相关环境进行常规基因组监测

本研究得到了中国国家自然科学基金（项目编号32373061、32473095、12411530085）、江苏省杰出青年基金（BK20231524）、111项目D18007以及江苏省高等教育机构优先学术发展计划（PAPD）的支持。

王绵志：撰写 – 审稿与编辑、资源管理、项目协调。李长安：软件开发、项目协调、数据管理。吕月通：项目协调、数据管理。彭凯：撰写 – 审稿与编辑、可视化、验证、概念构建。王桥军：撰写 – 审稿与编辑、资源管理、方法学、概念构建。天阳浩：撰写 – 初稿撰写、可视化、软件开发、方法学、数据分析、概念构建。李瑞超：

论文中列出的所有作者均已提前审阅了手稿，并同意将其提交给期刊。

作者声明没有利益冲突。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。