多粘菌素耐药基因mcr-1在人体肠道大肠埃希菌中的传播和耐药机制研究

The rapid dissemination of carbapenem-resistant Enterobacteriaceae (CRE) promote polymyxin to be one of the few options against infections caused by CRE. mcr-1, the plasmid-mediated polymyxin resistance gene, has arisen serious concern since its discovery in 2015. Within a short time, over 30 countries have reported the detection of mcr-1, even worse, mcr-1-positive CRE isolates have become threatening superbugs. Human intestinal tract is an important reservoir for various resistance genes, and plays a vital role in the transmission of resistant bugs. Our group have isolated a batch of mcr-1-positive Escherichia coli strains (including some strains co-carrying mcr-1 and blaNDM) from human stool samples in 31 provinces and cities throughout China. In the current study, drug resistance profiles and molecular typing analysis will be done to illustrate the epidemiological characterize of mcr-1-carrying E. coli isolates; high throughput sequencing and sequence analysis will be conducted to clarify genetic enviroment and transmission capability; gene knockout, complement experiments and fitness cost study will be used to illuminate the co-transmission mechanism of mcr-1 and blaNDM , and further explore the evolution discipline of resistant bacteria. The aim of the project is to uncover the evolution discipline of mcr-1 in E. coli isolates from intestinal tract, and provide significant supports for the risk evaluation of transmission of mcr-1, as well as rational chemotherapy regime against infections.

碳青霉烯类耐药肠杆菌科细菌（CRE）在临床的快速播散，使多粘菌素成为临床治疗CRE感染极为有限的选择之一。质粒介导的多粘菌素耐药基因mcr-1自2015年底发现以来引起广泛关注，在短时间内全球三十多个国家报道了该基因的检出，mcr-1阳性的CRE菌株更是成为严重威胁人类健康的“超级细菌”。人体肠道作为耐药基因的重要储库，在耐药菌的传播扩散中起着重要作用。课题组前期从全国31个省市人体肠道粪便中筛选到一批mcr-1阳性（包括mcr-1与blaNDM共阳性）的大肠埃希菌，拟通过耐药谱分析、分子分型揭示其分子流行病学特点；通过高通量测序及序列分析，明确基因遗传环境及转移传播能力；通过基因敲除、回补实验及适应性代价研究，探究mcr-1与blaNDM共传播的机制，进而阐明mcr-1基因在肠道大肠埃希菌中的耐药进化规律，为mcr-1基因转移扩散风险评估以及临床抗感染治疗的合理用药提供重要科学依据。

质粒介导的多粘菌素耐药基因mcr-1自2015年底发现以来引起广泛关注，在短时间内全球三十多个国家报道了该基因的检出，mcr-1阳性的CRE菌株更是成为严重威胁人类健康的“超级细菌”。课题组在2016年~2021年对多粘菌素耐药基因mcr-1在全国健康人群和ICU住院患者肠道来源肠杆菌科细菌中的流行情况进行了系统研究，之后对携带mcr基因的肠杆菌科细菌的传播和耐药机制进行了深入解析。我们发现在临床上携带mcr-1的CRE主要集中在大肠杆菌，自农业部禁用多粘菌素作为饲料添加剂以后，检测人群肠道中携带mcr-1基因从15%降低到4.3%，而自临床上正式使用多黏菌素以后，CRE中mcr-1的携带率出现升高（从2.13%上升到6.38%，P=0.035），其质粒类型在临床使用多黏菌素以后出现了质粒的多样性；同时研究团队在大规模人群mcr基因流行病学筛查中发现克雷伯菌属包括肺炎克雷伯菌和变栖克雷伯菌携带mcr-1基因，其携带率为0.11%，并发现存在肺炎克雷伯菌共携带多粘菌素耐药基因mcr-1和mcr-8；质粒类型主要是IncHI2、IncX4、IncHI2/IncN以及IncFIB；随后在对多黏菌素耐药的研究中，我们采用CRISPR/Cas9的基因组编辑方法研究了mgrB、TetA和ramR基因在介导碳青霉烯耐药肺炎克雷伯菌(CRKP)粘菌素和替加环素耐药中的作用，结果显示，TetA和ramR基因突变通过不同机制与替加环素耐药有关，而mgrB基因缺失与多粘菌素耐药有关。鉴于mcr在碳青霉烯耐药菌株中的增加，我们随后对全国范围内收集的碳青霉烯类耐药和替加环素耐药革兰阴性菌进行筛查和研究，研究发现碳青霉烯类耐药肺炎克雷伯菌（CRKP）已开始向高毒力CRKP演变，质粒编码的可转移性替加环素水解酶Tet(X)在大肠埃希菌中主要流行株为ST10克隆；同时我们研究发现在住院ICU患者碳青霉烯类耐药阴沟肠杆菌复合群中出现较高比例的多粘菌素耐药基因mcr-9，检出率高达31.8%，且mcr-9与碳青霉烯类耐药基因（blaNDM、blaIMP和blaKPC等）共存，需要引起临床高度关注，这也为我们继续深入研究mcr在碳青霉烯耐药肠杆菌科细菌中的传播和耐药奠定了研究基础，并为寻求多重耐药菌的防控策略提供理论依据。