耐药基因fosA7在德尔卑沙门菌中传播的分子机制及其适应性研究

Fosfomycin is one of the effective antimicrobial agents to treat infections caused by multi-resistant Gram-negative bacteria, chromosomally located fosA genes contribute to widespread fosfomycin resistance in Gram-negative bacteria. The fosA7 gene was recently identified on the chromosome of Salmonella enterica serovar Heidelberg in 2017, and it has not yet been reported in China. Our previous study showed that fosA7 has been widely disseminated among Salmonella enterica serovar Derby from pork in China, with detection rate of 75.7%. The fosA7-positive Salmonella Derby isolates could be transferred to human via food chain, and represent reservoirs of fosfomycin resistance determinants for Gram-negative pathogens. On the basis of our previous research, this project is aimed to further investigate the distribution of fosA7 in Salmonella Derby isolates from different sources. MLST, whole genome sequencing, and bioinformatics technology will be used to clarify the relationship of fosA7-positive isolates, and to reveal the origin and molecular transmission mechanism of fosA7. Plasmid construction, transformation, gene knockout and competitive experiment will be performed to illuminate the transferability and fitness cost of fosA7. The results of this project will provide basis for risk assessment and control of fosfomycin resistance.

磷霉素是临床治疗多重耐药革兰阴性菌感染的有效药物之一，染色体携带的fosA基因是革兰阴性菌对磷霉素广泛耐药的主要原因。2017年在海德堡沙门菌染色体中发现fosA7基因，目前我国尚未有fosA7的报道。在前期工作中，我们发现fosA7在猪肉源德尔卑沙门菌中广泛流行，检出率高达75.7%。fosA7阳性德尔卑沙门菌可能会通过食物链传递给人，并成为革兰阴性菌磷霉素耐药基因的储存库。因此，本项目拟在前期工作的基础上，进一步检测不同来源德尔卑沙门菌中fosA7的流行分布，通过多位点序列分型、全基因组测序和生物信息学分析等比较fosA7阳性菌的遗传相关性，揭示fosA7基因的起源和传播的分子机制；通过质粒构建、转化、基因敲除和竞争试验等明确fosA7基因的可转移性及其对德尔卑沙门菌的适应性代价，为磷霉素耐药性风险评估和控制提供科学依据。

磷霉素是临床治疗多重耐药革兰阴性菌感染的有效药物之一。自2017年在海德堡沙门菌染色体中发现fosA7基因，已陆续在多个血清型沙门菌中报道。本研究旨在调查fosA7基因在国内不同来源沙门菌的流行分布和分子传播特征，并对fosA7基因的可水平转移能力和适应性进行探讨。本研究对540株不同来源沙门菌（动物、食品、人）中进行fosA7基因的检测，结果发现fosA7的检出率为6.67%，来自动物和动物性食品，未在人源沙门菌中检测到。36株沙门菌携带fosA7基因，包括30株ST40型德尔卑沙门菌、5株ST1628型雷丁沙门菌和1株ST13型阿贡纳沙门菌。36株fosA7阳性沙门菌对磷霉素的最小抑菌浓度介于1~32 mg/L，未达到耐药水平；除fosA7外还携带1~29个耐药基因，有34株阳性菌至少对三种以上药物耐药。fosA7基因全部位于染色体上，其基因环境及周边区域（约24.3 kb）与多种沙门菌染色体相应区域高度相似；fosA7可能是部分沙门菌如ST40型德尔卑沙门菌染色体固有的基因。对fosA7阳性德尔卑沙门菌和雷丁沙门菌进行亲缘关系分析，发现30株德尔卑沙门菌亲缘关系相近，来自一个大簇的四个小分支，部分菌株携带的基因型、突变位点和质粒等完全相同；5株fosA7阳性雷丁沙门菌可分为两个簇，每个簇内的雷丁沙门菌携带相同的耐药基因。结果提示可能存在克隆传播。通过构建载体和转化实验，发现德尔卑沙门菌染色体携带的fosA7基因可水平转移给不携带fosA7基因的大肠杆菌、肠炎沙门菌、鼠伤寒沙门菌、鸡白痢沙门菌和德尔卑沙门菌，四种血清型沙门菌获得fosA7重组质粒后可介导高水平的磷霉素耐药；且沙门菌获得fosA7基因后对细菌的生长基本没有影响，同时具有明显的适应性优势。将fosA7阳性德尔卑沙门菌中的fosA7基因敲除后，发现菌株的生长几乎没有改变，适应性有轻微的升高。综上所述，ST40德尔卑沙门菌的克隆传播是fosA7在沙门菌中扩散的主要原因；虽然染色体携带的fosA7仅能降低菌株对磷霉素的敏感性，但可通过质粒将fosA7和磷霉素高水平耐药性水平转移给沙门菌，同时提高沙门菌的适应性，因此具有成为可水平转移磷霉素耐药基因的潜在可能性。