中国浙江地区人源及食源动物多药耐药大肠杆菌中 I 类整合子的流行特征与前沿解析

为探究 I 类整合子在大肠杆菌中的传播风险，中国计量大学的研究人员开展人源及食源动物多药耐药大肠杆菌中 I 类整合子的研究。结果发现其流行特征及相关规律。该研究对防控耐药菌传播意义重大，推荐科研读者阅读。

　　

中国计量大学生命科学学院（Key Laboratory of Specialty Agri-products Quality and Hazard Controlling Technology of Zhejiang Province, College of Life Sciences, China Jiliang University）的研究人员 Han Jiang、Meijuan Ran 等人在《BMC Microbiology》期刊上发表了题为 “Prevalence and characterization of class I integrons in multidrug-resistant Escherichia coli isolates from humans and food-producing animals in Zhejiang Province, China” 的论文。这篇论文聚焦于多药耐药大肠杆菌中 I 类整合子的研究，对于公共卫生和食品安全领域意义重大。它有助于深入了解耐药基因的传播机制，为监测耐药基因、防控耐药菌扩散提供关键数据支持，对保障人类和动物健康具有重要的科学价值和实践意义。

研究背景

抗菌药物耐药性（AMR，Antimicrobial Resistance）的日益流行对全球人类健康构成严重威胁。世界卫生组织在 2022 年强调了这一危机，每年全球约有 700 万人因 AMR 死亡。在耐药菌传播中，大肠杆菌（Escherichia coli）扮演着重要角色，它广泛存在于人和动物的胃肠道系统中，是耐药基因（ARGs，Antimicrobial Resistance Genes）的重要储存库。整合子（Integrons）作为一种移动遗传元件，主要存在于革兰氏阴性菌（如大肠杆菌）中，在耐药基因的传播中发挥关键作用。其中，I 类整合子分布最为广泛，与多种耐药基因相关。由于 I 类整合子在大肠杆菌中普遍存在，可能成为耐药基因在不同生态位和国家广泛传播的载体，因此有必要对其进行深入研究，以了解耐药基因的传播规律，评估潜在风险。

研究方法

1. 样本采集、细菌分离与鉴定：研究人员于 2019 年 6 月至 2022 年 11 月，从中国浙江省杭州、衢州和丽水的多个农场采集了猪和家禽的肛门拭子样本，同时收集了浙江大学医学院附属邵逸夫医院患者的临床样本。通过在特定培养基中培养，再利用聚合酶链反应（PCR，Polymerase Chain Reaction）技术，以 uidA 基因引物鉴定大肠杆菌分离株。
2. I 类整合酶基因 intI1 的鉴定：提取所有大肠杆菌分离株的基因组 DNA，设计引物对 intI1 - F 和 intI1 - R，通过 PCR 技术扩增 intI1 基因，以此确定 I 类整合子的存在。
3. 抗菌药物敏感性测试：采用纸片扩散法，依据临床和实验室标准协会（CLSI，Clinical and Laboratory Standards Institute）的规定，对大肠杆菌分离株进行 13 种抗菌药物的敏感性测试，涵盖氨基糖苷类、酚类、β - 内酰胺类等七类抗菌药物，以确定菌株的耐药性，并将对三种及以上抗菌药物耐药的菌株定义为多药耐药（MDR，Multidrug - Resistant）菌株。
4. 基因组测序与数据分析：对所有 intI1 阳性的大肠杆菌分离株进行基因组测序，构建 DNA 文库，经片段化、修复、连接和扩增等步骤后，进行高通量测序。测序数据经严格清洗后，用 CLC Genomics Workbench 12 软件进行组装。运用多种生物信息学软件，如 MLST 2、ResFinder 4.1、Integron_finder 等，进行多位点序列分型（MLST，Multilocus Sequence Typing）、耐药基因鉴定和 I 类整合子注释等分析。
5. 统计分析：采用卡方检验评估分类变量之间的相关性，以判断 I 类整合子与耐药性之间的关联，设定概率（p）值小于 0.05 为具有统计学意义。

研究结果

1. 大肠杆菌分离株来源及 I 类整合酶基因 intI1 的检测：在 721 株大肠杆菌分离株中，113 株来自患者，608 株来自养殖动物（298 株来自猪，310 株来自家禽）。总体上，93 株（12.90%）分离株 intI1 呈阳性，其中患者样本中阳性率为 17.70%，猪样本中为 17.45%，家禽样本中仅为 6.77%，猪和患者样本中 intI1 的检出频率显著高于家禽样本。
2. intI1 阳性和阴性大肠杆菌分离株的抗菌药物敏感性：93 株 intI1 阳性大肠杆菌分离株中，多数对多种抗菌药物耐药，如对磺胺异恶唑（SIZ）、甲氧苄啶（TMP）、四环素（TET）和链霉素（SM）的耐药率分别为 94.62%、88.17%、88.17% 和 64.52%，96.77% 的菌株对至少一种抗生素耐药，88.17% 为 MDR 菌株。628 株 intI1 阴性大肠杆菌分离株中，对氯霉素（CPL）、氨苄西林（AMP）、SM 和 TET 的耐药率分别为 47.61%、43.95%、37.74% 和 26.91%，75.00% 的菌株对至少一种抗生素耐药，38.38% 为 MDR 菌株。携带 I 类整合子的菌株对 SM、CPL、氟苯尼考（FLO）、TET、TMP 和 SIZ 的耐药率显著更高，MDR 率也更高。
3. intI1 阳性大肠杆菌分离株的 AMR 基因模式：在 93 株 intI1 阳性大肠杆菌分离株中鉴定出多种 AMR 基因，包括对 β - 内酰胺类、磺胺类、四环素类等的耐药基因。其中，常见的耐药基因有磺胺类（sul1、sul2、sul3）、甲氧苄啶类（dfrA1、dfrA5 等）、氨基糖苷类（aac (3)-VIa、aac (3’)-Ib 等）和 β - 内酰胺类（blaCTX - M、blaDHA - 1 等）。
4. intI1 阳性大肠杆菌分离株的 MLST 分析：对 93 株 intI1 阳性分离株进行 MLST 分析，共鉴定出 39 种序列类型（STs，Sequence Types），其中有 3 种未知 STs，并发现了 3 种新型 STs。ST10 是最主要的类型，在猪、家禽和患者样本中均有检出。不同来源样本的优势 STs 存在差异，如 ST1196 和 ST131 在患者样本中常见，ST349 在猪样本中较多，ST10 在禽类样本中占比相对较高。
5. 大肠杆菌分离株中 I 类整合子的特征：93 株 intI1 阳性大肠杆菌分离株中，59 株（63.44%）携带经典 I 类整合子，其结构为 5’CS 含 intI1 基因，3’CS 含 qacEΔ1 + sul1 基因。共鉴定出 6 种不同的耐药基因盒（GCs，Gene Cassettes）排列，dfrA17 - aadA5 最为常见。34 株非经典 I 类整合子存在缺乏基因盒或 3’CS 区域等情况。
6. 经典 I 类整合子的遗传环境：对 59 种经典 I 类整合子的基因组环境分析发现，其附近存在 6 种插入序列（IS1、IS6 等）和 1 种转座子（Tn3）。与 NCBI 数据库比对发现，携带常见基因盒的整合子序列在不同国家和环境的大肠杆菌分离株中均有出现，且多与特定的插入序列或转座子相关，表明 I 类整合子在全球范围内广泛传播。

研究结论与讨论

在 2019 - 2022 年对中国浙江省农村地区的研究中，发现人和养殖动物来源的大肠杆菌中 I 类整合子的携带率为 12.9%，相对较低。intI1 阳性大肠杆菌分离株大多携带经典 I 类整合子，具有 6 种不同的基因盒排列。MLST 分析显示菌株具有高度异质性，包括 3 种新发现的 STs，其中 ST10 在不同来源样本中均为优势基因型。基因组分析还发现整合子附近存在多种插入序列和转座子，这些序列在全球不同地区的大肠杆菌分离株中广泛存在。

该研究表明，I 类整合子在大肠杆菌中的分布具有普遍性和多样性，不同来源的大肠杆菌中 I 类整合子的携带情况和特征存在差异。携带 I 类整合子的大肠杆菌往往具有更高的耐药性和 MDR 率，其耐药基因模式与整合子中的基因盒密切相关。此外，非经典 I 类整合子也广泛存在，其结构和功能有待进一步研究。通过 MLST 分析发现不同序列类型的大肠杆菌在不同宿主中分布不同，提示可能存在克隆传播现象，某些高风险克隆（如 ST10 和 ST131）携带耐药决定子和移动遗传元件，对兽医和人类健康构成重大威胁。

研究还发现 I 类整合子相关基因序列中存在多种插入序列和转座子，它们在耐药基因传播中发挥重要作用，这为理解耐药基因的传播机制提供了新的视角。该研究丰富了大肠杆菌中 I 类整合子的相关数据，为全球范围内监测耐药基因传播、制定防控策略提供了重要依据，有助于在 “同一健康”（One Health）框架下更好地应对抗菌药物耐药性这一全球性挑战。但研究也存在局限性，未来需要进一步研究质粒及相关耐药基因在不同宿主间的传播机制，以更全面地了解耐药性的传播规律，为有效控制耐药菌的扩散提供更有力的支持。