來自威爾康桑格研究所和牛津大學大數據研究所的基因組病原體監測中心的研究人員，一起使用基因組測序技術分析質粒和從歐洲醫院病人身上采集的肺炎克雷伯菌樣本中的細菌染色體。

9月24日發表在《PNAS》上的這項發現揭示了抗生素耐藥基因通過質粒在細菌群體中傳播的三種不同途徑。研究人員說，在追蹤抗生素耐藥性時，將質粒包括在內是至關重要的，這樣才能最大限度地阻止超級細菌。

腸桿菌科細菌家族的成員可以對碳青霉烯類抗生素一線抗生素產生耐藥性，并被收入世界衛生組織優先病原體嚴重疾病名單。在這個家族中，肺炎克雷伯菌是一種機會性病原體，可引起嚴重疾病，包括肺炎和腦膜炎。

肺炎克雷伯菌通過獲得抗生素耐藥基因（碳青霉烯酶基因）對碳青霉烯類抗生素產生耐藥性，該基因編碼一種“吞噬”抗生素的酶。
 
在肺炎克雷伯菌中，這些碳青霉烯酶基因通常存在于質粒上，質粒可以在不同菌株和不同種類的細菌之間“跳躍”，這意味著抗生素耐藥基因可以迅速傳播，并推動全世界耐藥細菌感染的迅速上升。

因此，研究人員在追蹤細菌的進化和傳播時，必須包括質粒，才能真正了解抗生素耐藥基因是如何傳播的。然而，由于基因序列的大小和變異性，以前很難對其進行可靠的測序。

現在有了長讀測序技術研究人員能夠讀取并重建質粒的完整序列。

在一項新研究中，基因組病原體監測中心的研究人員和他們的合作者對來自歐洲范圍內的79份肺炎克雷伯菌樣本進行了長時間的基因組測序。

研究小組從這些樣本中產生了完整的質粒序列，并與來自同一調查的1700多份先前的短讀測序肺炎克雷伯菌樣本一起進行了研究，以了解抗生素耐藥基因是如何在歐洲醫院的細菌群中傳播的。

來自基因組病原體監測中心的第一作者Sophia David博士說：“為了全面了解抗生素耐藥性是如何傳播的，我們需要考慮質粒的作用。在這項首次在大陸范圍內分析質粒遺傳序列的研究中，我們發現了抗生素耐藥基因通過質粒在肺炎克雷伯菌群中傳播的三條主要途徑。”包括一個質粒在多個菌株之間跳躍，多個質粒在多個菌株之間傳播，以及多個質粒在一個菌株內傳播。

來自德國弗賴堡大學的Hajo Grundmann教授說：“這些關于肺炎克雷伯菌抗生素耐藥基因傳播途徑的新見解對于控制抗生素耐藥感染的爆發至關重要。了解了這些傳播策略，就可以定制干預措施，要么控制顯性質粒，控制優勢菌株，要么在復雜的情況下，同時控制兩者。例如，如果醫院爆發疫情，而該菌株攜帶了一個高風險的質粒，那么該質粒就有可能跳入其他細菌菌株或物種中，那么必須對該菌株或物種進行更多監測。”

研究小組還發現，當碳青霉烯酶基因被高風險菌株獲得時，此時，編碼碳青霉烯酶基因的質粒最容易傳播。這加強了在醫療環境中通過早期檢測和嚴格的感染控制來防止高風險菌株傳播的重要性。

基因組病原體監測中心主任、聯合首-席作者davidaanensen教授說：“在追蹤某些抗生素耐藥細菌時，質粒是一個缺失的部分。分析細菌染色體和質粒的遺傳序列可以讓我們更詳細地了解抗生素抗性基因和機制在人群中的傳播。細菌的基因組監測應包括質粒和其他移動元件