Global geographic and genomic epidemiology analysis of carbapenem-resistant Escherichia coli carrying blaNDM-9
携带blaNDM-9的耐碳青霉烯类大肠杆菌全球地理与基因组流行病学分析
来源：mSphere 2025, Volume 10, Issue 12, e00704-25
《微生物圈》，2025年，第10卷，第12期，文章编号e00704-25
摘要
本研究对2018–2024年某三甲医院携带blaNDM-9的耐碳青霉烯大肠杆菌（CREC）开展7年监测，获得7株菌株并进行药敏、接合转移、全基因组测序与适应性分析；同时整合NCBI截至2025年7月的全球公开基因组数据开展大规模分析。结果显示，临床菌株对多数药物耐药但对黏菌素敏感，blaNDM-9由IncB/O/K/Z、IncHI2、IncFIB、IncC等质粒携带，IS26与ISCR1是推动其扩散的关键移动元件；携带blaNDM-9的质粒会造成显著适应度代价。全球203株菌株呈现高度遗传多样性，ST156为最主流序列型，主要集中于亚洲（中国占85.2%），来源从家禽主导转向人类主导。研究揭示了blaNDM-9型CREC的传播规律与分子特征，提示需加强全球监测。
关键词
耐碳青霉烯大肠杆菌；blaNDM-9；基因组流行病学；质粒；IS26；ISCR1；ST156；适应度代价
研究目的
系统解析携带blaNDM-9的耐碳青霉烯大肠杆菌的临床表型、质粒特征、耐药基因传播机制、全球时空分布与进化规律，为防控其传播提供科学依据。
研究思路
连续7年监测临床CREC，筛选blaNDM-9阳性株；开展药敏、接合转移、生长曲线与质粒稳定性实验；通过全基因组测序分析质粒类型、ST型、移动元件与耐药环境；整合全球203株基因组数据进行系统发育与地理溯源分析；阐明传播机制与适应代价。
研究亮点
1 首次针对blaNDM-9型CREC开展全球范围、大样本量的地理与基因组流行病学研究。
2 明确IS26和ISCR1是介导blaNDM-9水平传播的核心移动元件，追踪到IncB/O/K/Z质粒的院内进化路径。
3 揭示中国是blaNDM-9的主要流行区，ST156为全球优势克隆，宿主来源已从家禽转向人类。
4 证实blaNDM-9质粒带来显著细菌适应度代价，但在抗生素压力下仍稳定传播。
可延伸的方向
1 持续监测blaNDM-9在不同国家与宿主中的流行趋势与新突变型出现。
2 探究适应度代价的补偿进化机制，解释耐药质粒长期稳定存在的原因。
3 研究blaNDM-9与其他耐药基因（如mcr-1）的共传播风险。
4 开发针对IS26/ISCR1的耐药传播阻断策略。
5 拓展“同一健康”视角，开展人-动物-环境的跨界面传播研究。
测量的数据及研究意义
1 药敏试验MIC数据：7株临床菌对碳青霉烯等广谱耐药，仅对黏菌素敏感（表2），为临床用药提供直接参考。
2 接合转移数据：IncB/O/K/Z与IncHI2型质粒可成功接合，使受体获得耐药性（表2），证明blaNDM-9具备水平传播能力。
3 生长曲线与相对生长速率数据：接合子生长速率、曲线下面积显著低于受体菌（图4A‑C），证明携带blaNDM-9质粒造成显著适应度代价。
4 质粒结构数据：IncB/O/K/Z质粒通过IS26获得blaNDM-9并发生片段缺失（图3A），揭示质粒进化与院内持续传播路径。
5 耐药基因环境数据：blaNDM-9核心结构为ISCR1-cutA-tat-trpF-bleMBL-blaNDM-9-IS26（图3B），明确移动元件介导的传播框架。
6 全球分布数据：203株菌集中于中国，ST156占比最高，来源从鸡转为人类（图5、6），揭示流行病学变迁规律。
7 系统发育SNP数据：院内菌株存在克隆传播，不同菌株差异明显（图1B），支持院内感染防控必要性。
结论
1 携带blaNDM-9的大肠杆菌呈现多重耐药表型，仅对黏菌素敏感，临床治疗选择有限。
2 blaNDM-9主要由IncB/O/K/Z、IncHI2、IncFIB、IncC质粒携带，IS26与ISCR1是关键传播驱动元件。
3 全球流行以亚洲（中国）为主，ST156为优势克隆，宿主来源已从家禽转向人类。
4 携带blaNDM-9的质粒会显著降低细菌生长能力，但在抗生素选择压力下仍可稳定传播。
5 院内存在blaNDM-9质粒的持续留存与克隆扩散，需强化院感监测与防控。
使用芬兰Bioscreen仪器测量数据的研究意义
使用Bioscreen C MBR全自动生长分析仪高通量、高精度测定接合子与受体大肠杆菌在无抗条件下的OD600生长曲线，连续监测20小时；精准计算生长速率、曲线下面积与相对生长速率，客观量化携带blaNDM-9质粒带来的适应度代价，直接证明耐药质粒会显著削弱细菌竞争力，为理解blaNDM-9在自然界与临床环境中的传播、持留与扩散规律提供关键定量依据，是评估耐药菌株流行潜力的核心实验支撑。