家蚕幼虫感染模型中产气克雷伯菌的基因组特征、致病性及治疗药物评估：探索抗菌新策略

为解决抗生素耐药这一全球问题，研究人员开展了对产气克雷伯菌（Klebsiella aerogenes）的研究。他们通过家蚕幼虫感染模型，发现该菌含有多种毒力和耐药基因。同时，发现某些植物提取物能提高感染幼虫存活率，这为筛选抗菌植物提取物提供了新方法。

　　在微生物的世界里，一场没有硝烟的战争正在悄然上演。随着时间的推移，抗生素耐药问题愈发严峻，成为全球公共卫生领域的一大难题。致病性细菌不断进化，使得传统抗生素的效果大打折扣。在这场 “军备竞赛” 中，人类急需新的抗菌策略。产气克雷伯菌（Klebsiella aerogenes）作为一种革兰氏阴性病原体，通常存在于土壤和水中，近年来，其耐药菌株的出现频率不断增加，给临床治疗带来了巨大挑战。为了深入了解产气克雷伯菌的特性，并寻找有效的治疗方法，来自北南大学（North South University）等机构的研究人员开展了一项重要研究，相关成果发表在《BMC Microbiology》杂志上。

研究人员为了实现研究目的，采用了多种关键技术方法。首先是细菌的分离、鉴定和培养，从孟加拉国达卡的街头食品中分离出产气克雷伯菌 KA1 菌株，并通过生化测试和 16S rRNA 基因测序确定其身份。其次是基因组测序技术，对 KA1 菌株进行全基因组测序，分析其基因特征。此外，利用家蚕（Bombyx mori）幼虫感染模型，研究细菌的致病性、抗生素敏感性以及植物提取物的治疗效果。

研究结果如下：

• 基因组特征：对产气克雷伯菌 KA1 菌株进行全基因组测序，发现其基因组大小为 5,217,297 bp（5.2 Mbp），GC 含量为 54.85%，包含 95 个 contigs 和 4889 个基因。通过生物信息学分析，确定该菌株属于序列类型 ST134 和 CC1 克隆复合体组，未检测到质粒，但发现 2 个不完整的前噬菌体区域。同时，在基因组中鉴定出多种毒力基因，如编码铁载体（如 iutA、ent、iro、basG）、黏附蛋白（fimA-K 操纵子）、抗吞噬多糖（wbjD/wecB）、调节因子（rcsAB）、外排泵系统（AcrAB）和肠毒素（senB、ast）的基因，这些基因对细菌的致病性至关重要。
• 致病性研究：利用家蚕幼虫感染模型，研究发现将 1.05×10⁹ CFU 的 KA1 菌株注射到幼虫血淋巴中，72 小时内所有幼虫死亡，且死亡幼虫出现黑化现象；确定其半数致死剂量（LD₅₀）为 5.26×10² CFU。将 KA1 菌株直接注射到幼虫中肠，需要更高剂量（9.45×10⁹ CFU）才能在 72 小时内导致 100% 死亡。而实验室菌株大肠杆菌 DH5α 注射到幼虫血淋巴或中肠均未导致幼虫死亡，表明家蚕幼虫可用于研究产气克雷伯菌的致病性。
• 抗生素敏感性：通过 Kirby-Bauer 测试和微量稀释法确定了 KA1 菌株的抗生素敏感性。结果显示，该菌株对氨苄青霉素耐药，但对四环素、亚胺培南和头孢曲松敏感。在感染产气克雷伯菌的家蚕幼虫中，使用这三种抗生素治疗，在最高剂量（100 μg / 幼虫）下可观察到 60 - 90% 的幼虫存活，与体外抗生素敏感性测试结果一致。然而，在体外对氨苄青霉素耐药的 KA1 菌株，在体内使用氨苄青霉素治疗时，0.1 μg / 幼虫剂量下幼虫存活率约为 50%，100 μg / 幼虫剂量下存活率几乎达到 90%，表明该菌株在体内对氨苄青霉素敏感，这提示在评估细菌对抗生素的敏感性时，体内感染模型的重要性。
• 植物提取物的治疗效果：研究人员随机选取了多种具有传统生物活性的植物材料，制备水提取物并测试其对产气克雷伯菌感染的治疗效果。结果发现，猪李（hog plum）和余甘子（Indian gooseberry）的水提取物注射到感染幼虫中肠后，72 小时内幼虫存活率提高到约 75%，丁香（clove）提取物的幼虫存活率约为 30%，而其他植物提取物未显示出治疗效果。体外实验表明，猪李、余甘子和丁香的水提取物能完全抑制细菌生长。使用临床分离株 KA2 进行验证，得到了相似的结果，且发现葡萄干（raisin）的水提取物对肺炎克雷伯菌（Klebsiella pneumoniae）感染的家蚕幼虫有治疗效果，可使 70% 的幼虫存活。

研究结论和讨论部分指出，产气克雷伯菌虽引起感染的频率低于肺炎克雷伯菌，但可导致严重的疫情爆发。本研究利用家蚕幼虫感染模型建立了一种快速筛选植物提取物治疗产气克雷伯菌感染的方法。研究中发现的毒力基因有助于了解该菌的致病机制，而植物提取物的治疗效果为开发新型抗菌药物提供了潜在的方向。尽管在体内和体外实验中，KA1 菌株对氨苄青霉素的敏感性存在差异，但这也强调了体内感染模型在验证抗生素敏感性测试中的重要性。此外，家蚕幼虫作为感染模型具有成本低、操作简单、可定量分析等优势，为研究抗菌药物和植物提取物的抗菌效果提供了有力工具。未来，研究人员将进一步分离和鉴定植物提取物中的活性成分，深入探究其抗菌机制，为应对抗生素耐药问题提供更多有效的解决方案。