解析从粪便中分离出的Klebsiella michiganensis菌株中新型染色体编码mcr-8.6基因变异的基因组范围特征

《Frontiers in Microbiology》：Unraveling the genome-wide repertoire of the novel chromosomally encoded mcr-8.6 gene variant in Klebsiella michiganensis isolated from manure

庆大霉素耐药基因mcr-8.6在葡萄牙开放实验室分离的Klebsiella michiganensis菌株中发现，位于61.6 kb基因组岛屿内，含IS110、IS66等移动遗传元件，与多个菌株的染色体及质粒区域高度同源，提示存在基因水平转移风险。尽管该菌株对庆大霉素保持敏感（MIC=0.25 mg/L），但其携带的mcr-8.6亚型与已知变体存在23-24个氨基酸差异，基因组岛屿结构可能促进耐药基因传播。研究强调环境监测的重要性，尤其是农业粪便作为耐药基因潜在储库的传播路径分析。

　　
近年来，全球范围内耐药菌的持续扩散对公共卫生构成严峻挑战。作为最后一道防线的人用抗生素和动物用抗菌药物，其耐药基因的快速进化与传播已成为亟待解决的科学问题。2025年发表于《Frontiers in Microbiology》的研究，首次在葡萄牙产气荚膜梭菌 michiganensis中发现了携带mcr-8.6亚型的菌株F731，这一发现揭示了耐药基因在环境中的复杂演化路径及其潜在风险。

研究团队通过系统性基因组分析发现，F731菌株携带的mcr-8.6亚型位于一个61.6 kb的染色体基因组岛中。该基因组岛具有典型的多重耐药基因（ARGs）特征，整合了包括IS110、IS66和IS3在内的多个转座子元件，以及金属抗性基因arsR/arsC和多重药物泵出系统相关基因acrAB、mdtBCQ等。值得注意的是，尽管携带完整的mcr-8基因，该菌株对colistin仍表现为敏感（MIC=0.25 mg/L），这一矛盾现象引发了对耐药基因功能调控机制的新思考。

通过全基因组测序和比较基因组学分析，研究者发现该基因组岛与多个已知耐药基因携带菌株存在高度同源性。例如，与香港分离的CTHL.F3a菌株相比，F731的基因组岛在IS元件分布和邻近基因序列上具有90%-100%的相似性，但mcr-8.6亚型在氨基酸序列上与现有12个已知mcr-8亚型相比，存在23-24个氨基酸的差异，其中包含2个新的插入序列（Ser-566和Lys-567）。基于系统发育树分析，mcr-8.6亚型与已知的mcr-8亚型（如mcr-8.1至8.5）形成独立分支，遗传距离达75.2 substitutions per alignment position，确认了其作为新型亚型的地位。

在功能解析方面，基因组岛不仅包含mcr-8.6基因，还整合了与毒力因子相关的基因簇。例如，发现ybtA/YbtE铁载体系统、ompA外膜蛋白及多个毒力相关基因，这些基因的共现可能增强菌株的环境适应能力和致病性。特别值得注意的是，该基因组岛具有完整的转座酶系统（包括IS110转座酶和integrate酶），这为其在不同宿主间的水平基因转移（HGT）提供了分子基础。

研究进一步揭示了耐药基因的传播路径。F731菌株分离自葡萄牙农业开放试验场的猪粪样本，其基因组岛与亚洲多国分离的mcr-8阳性菌株存在高度保守的基因模块。通过构建全球mcr-8分布图谱发现，该基因在动物源样本（猪、家禽）和环境样本（污水、土壤）中的分布呈现显著地理差异，但均具有相似的基因组整合模式。这表明mcr-8基因可能通过动物-环境-食品的复杂交互网络进行传播。

在耐药机制解析方面，研究揭示了多重调控机制：首先，mcr-8.6基因编码的蛋白结构与已知亚型存在关键氨基酸差异，尤其是磷酸乙醇胺转移酶活性位点（氨基酸58-210）和硫酯酶活性位点（氨基酸236-529）的改变，可能影响酶活性与底物结合能力；其次，整合到基因组岛的IS元件和转座酶系统可能通过位点特异性重组实现基因的横向转移；再者，发现的多重药物泵出系统（acrAB、mdtBCQ）和生物膜相关基因（ompA、ybt家族），可能通过降低抗生素膜通透性或增加耐药基因表达来协同增强耐药性。

该研究为理解mcr基因的进化提供了新视角。传统认知认为mcr基因主要存在于质粒上，具有更强的传播能力。但F731菌株的发现表明，染色体编码的mcr基因同样可能通过基因组岛结构实现遗传可塑性。研究指出，染色体整合的mcr基因可能因周围调控元件的影响而处于低表达状态，这解释了为何该菌株仍保持对colistin的敏感性。然而，这种低表达状态可能因环境选择压力（如抗生素暴露）发生适应性突变，导致耐药表型表达。

在公共卫生层面，该发现凸显了农业环境中耐药基因的潜在风险。研究显示，葡萄牙的mcr-1阳性菌株比例从2014年的26%下降至2024年的17%，但mcr-8家族的检出率却在逐年上升。这种变化可能与农业抗生素使用政策调整有关，但mcr-8基因的独特传播机制（染色体整合+基因组岛）使其可能成为新的耐药传播热点。

研究团队通过宏基因组测序技术，在F731菌株的周围环境中检测到多个mcr-8相关基因的相似序列，表明该基因组岛可能通过转座子介导的基因转移（Tn转座子）在环境中持续演化。值得注意的是，该菌株同时携带抗甲氧西林青霉素酶基因（blaOXY-1-2）和氨基糖苷磷酸转移酶基因（aph(3')-la），这种多重耐药基因的组合可能通过HGT形成新的耐药克隆。

该研究对耐药监测策略提出了重要建议：传统以临床样本为核心的监测体系可能遗漏环境中的关键耐药基因携带者。建议在农业环境（猪粪、土壤）、食品加工场和灌溉水道中建立专项监测网络，重点关注mcr-8、mcr-1和mcr-9这三个具有跨物种传播能力的亚型。同时，需加强基因型-表型关联研究，如通过CRISPR技术敲除mcr-8.6基因，验证其在不同宿主中的表达调控机制。

研究还揭示了耐药基因的地理分布特征。通过构建全球mcr-8基因的分布图谱，发现该基因在东亚和东南亚的检出率高达78%，而在欧洲和北美仅占12%-15%。但葡萄牙作为欧洲西部的农业枢纽，其mcr-8.6亚型的发现打破了传统地理分布认知，表明跨大西洋的基因流动可能正在发生。这种地理差异可能与不同地区的抗生素使用模式相关，例如东亚地区长期将colistin作为动物促生长剂的使用历史，可能加速了耐药基因的适应性进化。

在技术方法学上，研究创新性地结合了Illumina短读测序与牛津纳米孔长读测序，构建了具有10.4×覆盖率的混合基因组图谱。这种多测序深度策略不仅有效解决了复杂基因组中的重复区域，还通过长读数据精确识别了mcr-8.6基因的插入位点（位于KpnH基因上游1.2 kb处），为后续功能研究提供了精准定位。

值得深入探讨的是mcr-8基因家族的进化动力学。比较基因组学显示，mcr-8.6的遗传距离较近的mcr-8.1-8.5亚型平均为6.2 substitutions per alignment position，但较远的mcr-1和mcr-12亚型遗传距离高达42.5 substitutions per alignment position。这种进化模式表明，mcr-8亚型可能通过局部重组事件在环境中持续演化，而完整的mcr-8基因家族可能起源于某个共同祖先（如K. sacchari）。这种进化机制可能解释了为何mcr-8基因在食源性致病菌中的检出率逐年上升。

在临床意义上，研究首次揭示了产气荚膜梭菌 michiganensis作为mcr-8基因携带者的潜在威胁。该菌属于氧化亚铁单胞菌复合群，近年来在新生儿和免疫缺陷患者中引发的败血症感染率呈上升趋势。携带mcr-8基因的K. michiganensis可能通过环境途径（如污水灌溉）污染食物链，当患者接触这些环境样本后，可能通过手部卫生缺陷导致院内感染。建议医疗机构加强该菌的筛查，特别是在新生儿病房和消化内镜操作后。

未来研究方向应聚焦于：1）解析mcr-8.6基因的转录调控网络，特别是与转座酶IS110的互作机制；2）建立基于基因组岛的耐药基因传播模型，模拟其在不同农业生态位中的传播路径；3）开展mcr-8阳性菌株的毒力功能组学分析，揭示其从环境到临床的致病转化机制。这些研究将有助于制定针对性防控策略，如开发基于基因组岛结构的噬菌体疗法，或设计靶向mcr-8转座酶的抑制剂。

该研究的重要启示在于，耐药基因的进化已突破传统宿主界限，形成人-动物-环境的三维传播网络。葡萄牙发现的mcr-8.6亚型，不仅填补了欧洲西部的基因分布空白，更揭示了动物粪便作为基因交换媒介的潜在风险。这要求全球监测体系必须整合环境样本，建立跨学科的大数据平台，实时追踪耐药基因的动态演变。