鸡源碳青霉烯类抗生素耐药大肠杆菌的产生机制与适应性研究

The carbapenem-resistant Enterobacteriaceae (CRE), which was considered as the “superbug”, is one of the three microorgransims with a threat level of urgent. In recent years, the emergence and rising detection rates of carbapenem-resistant Escherichia coli (CREC) of chicken origin in China is becoming a serious threats to both the poultry industry and public health. Since the carbapenems have never been used in chicken farms, it is still unknown where these CREC comes from, how it was disseminated, and what the extent of hazard it caused. On the basis of the investigation on the characteristics of prevalence and distribution of CREC of chicken origin, this proposal intend to carry out the mechanisms of the originating and transmission of carbapenem resistance in E. coli of chicken origin, as well as the fitness and pathogenesis of CREC in its host under the level of interaction among “drug-pathogen-host”. The aim of this proposal is to elucidate the reason of high prevalence of CREC of chicken origin and reveal its hazard characterization. This results will provide scientific basis for the prevention and treatment of bacterial infectious diseases in poultry, as well as the risk assessment of antimicrobial resistance in bacteria of animal origin.

肠杆菌科细菌对碳青霉烯类抗生素耐药后使其成为了“超级细菌”，是当前感染性疾病防治所面临的最急迫威胁之一。2013年以来，我国鸡源大肠杆菌等肠杆菌科细菌出现了碳青霉烯类耐药株，且检出率呈明显上升趋势，给养禽业的健康发展和公共卫生带来了极大威胁。养鸡场从未使用过碳青霉烯类抗生素，其耐药株从何而来，怎样传播扩散，危害程度如何？针对以上问题，本项目拟从“药物-病原-机体”互作层面，在调查获得鸡源碳青霉烯类耐药大肠杆菌的分布与流行特征基础上，开展碳青霉烯类耐药大肠杆菌的产生与传播机制、适应性与致病性研究，旨在探明我国鸡源大肠杆菌碳青霉烯类耐药株大量出现的原因，揭示其危害特征，为有效防治家禽细菌感染性疾病和动物源病原菌耐药性的风险评估提供科学依据。

肠杆菌科细菌对碳青霉烯类抗生素耐药后成为了“超级细菌”，是当前感染性疾病防治所面临的最急迫威胁之一。2013年以来，我国鸡源大肠杆菌等肠杆菌科细菌出现了碳青霉烯类耐药株，且检出率呈明显上升趋势，给养禽业的健康发展和公共卫生带来了极大威胁。本项目在调查获得鸡源碳青霉烯类耐药大肠杆菌的分布与流行特征基础上，开展了碳青霉烯类耐药大肠杆菌的产生与传播机制、适应性与致病性研究。研究结果表明，碳青霉烯耐药基因 blaNDM虽在上游种鸡场为阴性，但在商品鸡场该能通过苍蝇、狗和饲养员等媒介快速感染不同批次的鸡群，并且能传播至下游生产链条。本项目亦发现雏鸡进入鸡场就可以迅速获得产NDM细菌直至出栏，产NDM细菌具有通过食物链向人群传播的高风险，深入开展肉鸡场产NDM细菌的监测及降低鸡群携带风险至关重要。此外，本项目亦解析了三种新型金属β内酰胺酶变异体NDM-17、NDM-20及VIM-48的特性：NDM-17酶比NDM-5酶具有更好的碳青霉烯酶活性；NDM-20水解青霉素类和头孢类药物的活性显著高于NDM-5，但碳青霉烯酶活性略低于NDM-5；VIM-48编码基因位于类似Tn6217的转座子上，同时VIM型编码基因不仅可以在常见铜绿假单胞菌中流行，也可以在恶臭假单胞菌中流行。碳青霉烯耐药菌株适应性研究发现，携带碳青霉烯耐药基因blaNDM的IncX3质粒在肠杆菌科细菌中具有高转移性和低适应性代价，并且能够显著提高某些菌株的生物膜形成能力。另外，本项目亦发现携带blaNDM-5质粒大肠杆菌可在肉鸡肠道内持续定植直至肉鸡上市，并且对肉鸡肠道菌群无显著影响。本项目研究阐明了我国重点养殖区内大肠杆菌对碳青霉烯类药物耐药性的产生与传播机制，揭示了碳青霉烯耐药菌株在肉鸡体内外的低适应性代价，为碳青霉烯类药物耐药性的风险评估及防控提供科学依据。