耐万古霉素屎肠球菌（VREfm）谱系更替的新发现：细菌素 T8 的关键作用

《Nature Microbiology》：Bacteriocin production facilitates nosocomial emergence of vancomycin-resistant Enterococcus faecium

为探究耐万古霉素屎肠球菌（VREfm）谱系更替原因，研究人员测序分析，发现细菌素 T8 或推动其在医院环境中的进化。

　　在医院这个看似平静却 “暗藏玄机” 的地方，存在着一种让医生们头疼不已的病菌 —— 耐万古霉素屎肠球菌（Vancomycin-resistant Enterococcus faecium，VREfm）。它原本是胃肠道的 “常住居民”，可一旦在人体内 “兴风作浪”，就可能引发严重的感染，像血流感染、尿路感染等，尤其对那些免疫力低下和住院的患者来说，更是危险重重。住院患者由于常常使用大量抗生素，胃肠道内的正常菌群被破坏，这就给 VREfm 创造了 “扩张地盘” 的机会，它在肠道内大量繁殖，不仅增加了患者发生侵袭性血流感染的风险，还会随着患者的排泄物污染环境，通过粪 - 口途径传播给其他患者。

虽然此前有不少研究关注过 VREfm 在医院环境中的种群结构和传播动态，但对于推动特定 VREfm 谱系在医院中出现和持续存在的因素，人们却知之甚少。为了揭开这个谜团，来自美国匹兹堡大学医学院等多个机构的研究人员展开了深入研究，相关成果发表在《Nature Microbiology》上。

研究人员主要运用了全基因组测序技术，对收集的菌株进行基因组分析，确定其序列类型（Sequence Type，ST）；通过构建系统发育树来展示菌株间的遗传关系；利用 spot killing 测定等实验探究菌株间的相互作用；开展小鼠实验评估细菌素 T8 在体内的作用；还收集全球数据进行对比分析。样本队列来源于匹兹堡大学医学中心（University of Pittsburgh Medical Center，UPMC）2017 - 2022 年收集的 710 株临床分离株，以及从 NCBI 下载的 2002 - 2022 年来自全球的 15631 株人源 VREfm 基因组数据。

研究结果

1. VREfm 的种群结构：在 UPMC 收集的 710 株 VREfm 分离株中，通过多位点序列分型鉴定出 42 种不同的 ST，所有分离株都属于医院适应的 CC17 谱系。构建核心基因组系统发育树发现，尽管都属于 CC17 菌株，但 VREfm 种群在 ST 内和 ST 间表现出不同程度的遗传多样性。通过 Split Kmer 分析发现，46% 的分离株存在于推定的传播簇中，但不同 ST 的聚类比例存在差异，如 ST17 聚类比例低，而 ST1478 聚类比例高。
2. VREfm 谱系更替：研究人员分析不同时间段的 ST 分布发现，2020 年前，ST17 是最常见的谱系，但之后逐渐减少，到 2022 年下半年未再检测到。与此同时，ST80、ST117 和 ST1478 等谱系在 2017 年未被检测到，到 2022 年底却大幅增加，取代了 ST17 等之前的谱系。研究人员进一步探究发现，新兴谱系在一些基因组特征上与历史谱系存在差异，比如新兴谱系的抗菌抗性基因（Antimicrobial Resistance Genes，ARGs）、毒力因子和质粒复制子数量更多。
3. 新兴分离株的抑菌作用：研究人员通过两两 spot killing 测定发现，新兴谱系（ST80、ST117、ST1478）的分离株能够抑制其他谱系分离株的生长。经过基因组筛查，发现一种名为 T8 的细菌素（Bacteriocin T8），它在新兴谱系中高度富集。携带细菌素 T8 的菌株与生长抑制密切相关，而且细菌素 T8 由一种 rep11a 家族质粒编码，该质粒还携带转移相关基因。
4. 细菌素 T8 的竞争优势：研究人员将携带细菌素 T8 和免疫因子的质粒（pBAC）转入细菌素 T8 阴性的菌株，通过两两 spot killing 测定和液体竞争实验证实，pBAC 菌株在体外具有明显的生长优势。在小鼠实验中，给小鼠口服 pBAC 或空载体（pEV）菌株后发现，pBAC 菌株在小鼠肠道内的定植能力更强。用细菌素 T8 阳性的 ST117 菌株和阴性的 ST17 菌株进行小鼠竞争实验，结果显示 ST117 菌株在小鼠肠道内能够迅速占据优势。
5. 全球 VREfm 谱系更替与细菌素 T8 的关联：研究人员分析全球 15631 株 VREfm 基因组数据发现，在全球范围内，ST80 和 ST117 在 2010 年后逐渐成为优势谱系，取代了 ST17 和 ST18。细菌素 T8 在新兴谱系中同样高度富集，并且在 2002 - 2022 年间，全球和 UPMC 收集的菌株中细菌素 T8 的流行率都显著增加，这与 ST17 谱系被新兴谱系取代的趋势一致。

研究结论与讨论

这项研究通过对大量临床分离株的基因组分析和功能研究，揭示了 VREfm 在医院环境中的种群结构和动态变化。研究发现细菌素 T8 在新兴谱系中富集，并且在体外和体内都赋予了 VREfm 竞争优势，这很可能是导致 VREfm 谱系更替的重要因素。不过，该研究也存在一些局限性。在本地收集的样本中，只包含了疑似医院相关感染的 VREfm 分离株，可能遗漏了社区相关的菌株，而且全球收集的数据也存在地域偏差。此外，研究只关注了细菌素 T8，可能还有其他因素参与了 VREfm 的谱系更替，比如未深入研究的毒力因子等。

尽管如此，这项研究意义重大。它让人们对 VREfm 的进化机制有了更深入的理解，为防控 VREfm 在医院中的传播提供了新的思路和潜在靶点。未来的研究可以进一步探索其他影响 VREfm 谱系更替的因素，以及开发针对细菌素 T8 或其他相关机制的干预措施，从而更好地应对 VREfm 感染带来的挑战。