医院暴发期间肺炎克雷伯菌的平行宿主内进化改变毒力因子

本研究针对多药耐药肺炎克雷伯菌（MDR K. pneumoniae）在医院暴发期间的进化动态，通过比较基因组学与表型分析，发现强阳性选择靶向关键毒力因子，呈现减毒急性毒力、增强生物膜形成等趋同进化轨迹。这些适应性改变揭示了机会性病原体在宿主内的快速进化机制及其对毒力调控的影响，为医院感染防控提供新见解。

　　

肺炎克雷伯菌作为重要的机会性病原体，尤其多药耐药株（MDR）被世界卫生组织列为关键优先病原体。这类细菌通常定植于胃肠道而不引起疾病，但在免疫抑制、留置医疗设备等情况下可引发感染。尽管目前对高毒力肺炎克雷伯菌（hvKp）研究较多，但经典肺炎克雷伯菌（cKp）在宿主内的进化动态及其对毒力的影响尚不清晰。医院内暴发为研究细菌在短时间内的适应性进化提供了独特机会。

研究人员对瑞典乌普萨拉大学医院2005-2010年间暴发的ST16型MDR肺炎克雷伯菌克隆进行了深入研究。他们收集了110例患者的分离株（68例感染株，42例定植株），采用比较基因组学结合表型分析的方法，追踪了细菌在5年暴发期间的进化轨迹。

研究采用的主要技术方法包括：全基因组测序（PacBio和Illumina平台）和系统发育分析；表型特征分析（黏液粘度、血清存活、铁利用、生物膜形成）；Galleria mellonella幼虫感染模型评估毒力；小鼠胃肠道定植竞争实验；转录组分析（qPCR检测基因表达）。

基因组证据显示暴发期间的适应性进化

系统发育分析显示分离株逐步积累突变，形成8个主要簇群。基因富集分析（GEA）识别出12个基因和6个基因间区存在显著突变积累，这些靶点主要涉及荚膜多糖、脂多糖（LPS）和铁利用等关键毒力因子。

急性毒力频繁减弱与富集基因突变相关

Galleria mellonella感染模型显示，50%的分离株出现急性毒力减弱，6株毒力增强。携带GEA富集突变的分离株显著集中于减毒组，且毒力丧失更严重。

表面多糖突变导致黏液粘度分化并解释血清存活率下降

约半数分离株在表面多糖合成相关基因发生突变，导致黏液粘度变化。值得注意的是，无论是黏液增多还是荚膜缺失的分离株，都表现出血清敏感性增加。

选择的fepA/fes基因间区突变改变肠菌素摄取基因的铁依赖性调控

fepA/fes基因间区突变显著改变了肠菌素摄取受体FepA和酯酶Fes的表达调控，导致铁反应性调节紊乱，在不同铁条件下表达持续升高。

通过影响c-di-GMP周转、菌毛和多糖合成的突变选择增强生物膜形成能力

12株分离株显示生物膜形成能力显著增强（100-3000倍），这些突变主要涉及c-di-GMP信号分子周转、3型菌毛和聚-N-乙酰葡糖胺（PNAG）合成等相关基因。

增强的生物膜形成能力而非wzc介导的黏液粘度在小鼠胃肠道定植中具有优势

小鼠竞争实验显示，具有增强生物膜形成能力的分离株在胃肠道定植中具有选择优势，而wzc错义突变导致的黏液表型则定植能力较差。

研究结论与讨论表明，肺炎克雷伯菌在医院暴发期间经历了显著的宿主内进化，主要进化轨迹表现为急性毒力减弱和生物膜形成增强。这些适应性变化反映了细菌在不同宿主 niches 中的权衡选择：一些突变（如增强生物膜形成）同时有利于定植和传播（"适应而生"突变），而另一些（如wzc介导的黏液表型）虽有助于在感染部位短期存活，但限制了向新宿主的传播（"适应而死"突变）。

该研究首次大规模展示了肺炎克雷伯菌在真实医院环境中短时间内的进化动态，揭示了机会性病原体通过改变关键毒力因子来适应宿主环境的多种策略。这些发现对理解医院感染的进化动力学、开发新的防控策略具有重要意义，也为研究其他机会性病原体的宿主内进化提供了范例。

研究结果强调，即使在短时间尺度上，宿主内进化也能显著塑造细菌的毒力特征，这对临床感染管理和抗生素策略制定具有重要启示。该数据集为了解机会性肺炎克雷伯菌的宿主内进化模式、潜在机制及其对致病性的影响提供了宝贵资源。