肺炎克雷伯临床菌株与鞭毛蛋白相关的新基因组岛对不同组织定植能力的研究

针对院内感染中肺炎克雷伯菌的广泛播散，目的是找到其播散的原因从而加以控制。由于基因组岛可以携带基因在不同菌株之间水平转移，对于细菌快速适应环境具有重要意义。我们先前的研究在肺炎克雷伯临床菌株中发现了三种功能未知的新基因组岛，其中KpGI-3携带有假定的鞭毛蛋白编码基因，在血液、尿液、胆汁分离株中的比例明显高于痰液分离株的比例。已知肺炎克雷伯菌Type Ⅰ型鞭毛增强了细菌在尿路的定植。为了明确新基因组岛KpGI-3是否与肺炎克雷伯菌对某些组织的定植能力有关，参照肺炎克雷伯菌已知Type Ⅰ、Type Ⅲ型鞭毛生物学特点，通过基因克隆表达后观察基因组岛KpGI-3是否致细菌鞭毛形成、血凝以及生物膜形成，并将含有或者敲除基因组岛KpGI-3的肺炎克雷伯菌株从不同组织感染小鼠，观察KpGI-3对细菌在不同组织定植能力的影响。从而挖掘新基因组岛KpGI-3的潜在致病性，为院内感染控制提供一定的线索。

由于基因组岛可以携带多种基因，包括与致病、耐药相关的基因，并可以在不同菌株间转移从而赋予宿主新特性，对宿主致病具有重要意义。本课题主要是探讨我们新发现的基因组岛KpGI-3对于肺炎克雷伯（Klebsiella pneumoniae）菌定植以及致病的关系。我们首先分析KpGI-3基因组岛在临床菌株中的分布特点，目的是挖掘含有KpGI-3基因组岛的K. pneumoniae菌株可能的临床致病特点。研究发现KpGI-3基因组岛主要分布在K1和K2血清型的K. pneumoniae菌株中。已有文献报道K1和K2型K. pneumoniae菌株具有强致病性，可引起肝脓肿（K. pneumoniae isolate caused clinical pyogenic liver abscess，KLA）感染，且K2型K. pneumoniae菌株可以通过胃肠道转移引起小鼠KLA感染。随后，我们进一步验证了K1型K. pneumoniae菌株也可以通过胃肠道转移的方式引起小鼠KLA感染，而非K1和K2型菌株则不能通过相同的方式引起KLA感染。并且，K1型K. pneumoniae菌株只有在肠道定植明显增加后才可以引起小鼠KLA感染，肠道定植未能显著增加的K1型K. pneumoniae菌株也未能引起KLA感染，因此肠道定植显著增加是KLA感染发生的首要条件。而我们对新基因组岛KpGI-3的生物学功能研究结果显示，KpGI-3与细菌生长以及生物膜形成有关，但是KpGI-3基因组岛高表达后没有明显增加菌株在肠道的定植，且没有引起小鼠KLA感染。因此我们认为KpGI-3基因组岛虽然主要分布在K1和K2型K. pneumoniae菌株中，但是与其引起的KLA感染无明显关系。我们在后期研究中采用代谢组学的方法对于K1型K. pneumoniae菌株引起KLA感染的分子机制进行了进一步研究。LC-MS/MS（Liquid chromatography-tandem mass spectrometry）分析发现K1型K. pneumoniae菌株和非K1和K2型K. pneumoniae菌株均引起了小鼠脂质分子代谢产物发生明显改变，但是部分脂质分子只在K1型K. pneumoniae菌株引起KLA感染组发生了改变，它们可能和KLA感染密切相关。