《柳叶刀》子刊：难怪最后一道防线会失守！中国科学家发现，耐碳青霉烯类抗生素的质粒竟能在革兰氏阴性菌和阳性菌之间广泛地来回穿梭

碳青霉烯类抗生素因抗菌谱广和活性强，被誉为人类对抗细菌感染的“最后一道防线”。

然而，自2009年以来，由新德里金属-β-内酰胺酶（NDM）编码基因（blaNDM）驱动的广谱碳青霉烯类抗生素耐药菌[1]，已在全球大范围蔓延。

据统计，仅在2019年，对碳青霉烯类耐药的病原体（如鲍曼不动杆菌和肺炎克雷伯菌等），就导致全球5-10万人死亡[2]。然而，到目前为止，科学家对此类耐药基因在复杂细菌群落中的水平转移仍知之甚少。

前不久，由福建农林大学周顺桂和牛津大学Timothy R Walsh领衔的研究团队，在著名期刊《柳叶刀·微生物》上发表一项重磅研究成果[3]。

他们发现，携带NDM-5编码基因的质粒（pX3_NDM-5）宿主范围很广，可以在多达16个细菌门之间转移，而不是之前认为的宿主范围狭窄。他们还证实，革兰氏阴性菌可以将pX3_NDM-5转给革兰氏阳性菌，而且这个质粒还可以重新转回革兰氏阴性菌。此外，粪肠球菌可以作为pX3_NDM-5质粒广泛传播的天然穿梭载体。

据了解，这一研究不仅首次证实pX3_NDM-5质粒是一种广宿主质粒，也挑战了革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌很少交换临床重要质粒这一传统观念。论文的第一作者是福建农林大学的杨秋娥。

为了研究抗菌质粒pX3_NDM-5在天然细菌群落中的传播状态，周顺桂团队开发了一种双荧光标记方法，即用绿色荧光蛋白（gfp）标记pX3_NDM-5，用红色荧光蛋白（mCherry）标记供体大肠杆菌（革兰氏阴性）。如此一来，只要pX3_NDM-5进入哪种细菌体内，哪种细菌就会发出绿色荧光。

随后，周顺桂团队从福建省妇幼保健院污水处理厂的污水中分离了86种细菌，包括39种革兰氏阳性细菌和47种革兰氏阴性细菌。然后在没有或有NaClO的条件下，将携带pX3_NDM-5的大肠杆菌与分离出的细菌共培养。

在共培养一夜之后，果然有大量的细菌获得了pX3_NDM-5质粒，绿色荧光出现的比例为2.34%到4.89%。研究人员认为，与之前的认知不同，pX3_NDM-5确实能在细菌群落中快速、广泛地传播。

那携带耐碳青霉烯类抗生素基因的pX3_NDM-5质粒，究竟从大肠杆菌体内转移到那些细菌中了呢？

基因测序结果显示，携带pX3_NDM-5质粒的细菌竟然分布于16个门，包括革兰氏阳性菌和一些难培养细菌。其中，pX3_NDM-5质粒可以在三种粪肠球菌中稳定存在长达15天之久。这一发现颠覆了研究人员对此类质粒的认知，毕竟在传统认知中，此类质粒宿主范围非常狭窄。

还有个值得注意的现象是，与没有NaClO的培养环境相比，NaClO处理会提高携带pX3_NDM-5质粒的革兰氏阳性细菌的相对丰度。这似乎意味着，常用的消毒剂NaClO可能会促进耐药质粒pX3_NDM-5的传播。

在研究的最后，周顺桂团队还测试了革兰氏阴性菌（大肠杆菌）是否能从革兰氏阳性菌那里“讨回”耐药质粒。他们选择了横跨6个属的40种从大肠杆菌那里获得pX3_NDM-5质粒的细菌，然后将这些细菌与大肠杆菌共培养，发现其中35种细菌能把耐药质粒还给大肠杆菌，粪肠球菌就是转移频率最高的几种细菌之一。

研究流程图

总的来说，周顺桂团队在模拟自然环境条件的情况下，发现革兰氏阴性菌可以将重要的耐药质粒快速而广泛都传给革兰氏阳性菌，这一发现也挑战了革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌间很少交换临床重要质粒的传统理论。

无论如何，既然自然界里有个“四通八达”的碳青霉烯类抗生素耐药质粒“蓄水池”的话，人类对抗细菌感染的“最后一道防线”迟早会守不住的。

期待科学家进一步揭示背后的分子机制，找到阻断耐药质粒传播的方法。

参考文献：

[1].Yong D, Toleman MA, Giske CG, et al. Characterization of a new metallo-beta-lactamase gene, bla(NDM-1), and a novel erythromycin esterase gene carried on a unique genetic structure in Klebsiella pneumoniae sequence type 14 from India. Antimicrob Agents Chemother. 2009;53(12):5046-5054. doi:10.1128/AAC.00774-09

[2].Antimicrobial Resistance Collaborators. Global burden of bacterial antimicrobial resistance in 2019: a systematic analysis. Lancet. 2022;399(10325):629-655. doi:10.1016/S0140-6736(21)02724-0

[3].Yang QE, Ma X, Zeng L, et al. Interphylum dissemination of NDM-5-positive plasmids in hospital wastewater from Fuzhou, China: a single-centre, culture-independent, plasmid transmission study. Lancet Microbe. 2023. doi:10.1016/S2666-5247(23)00227-6