Genetic Diversity and Pathogenic Features in Klebsiella pneumoniae Isolates from Patients with Pyogenic Liver Abscess and Pneumonia
化脓性肝脓肿与肺炎来源肺炎克雷伯菌分离株的遗传多样性及致病特征研究
来源：Microbiology Spectrum, Volume 10, Issue 2, 2022, doi:10.1128/spectrum.02646-21
《微生物学谱》，2022年第10卷第2期
摘要
本研究收集国内9个省份232株携带者、化脓性肝脓肿、肺炎来源肺炎克雷伯菌，通过MLST分型、全基因组、耐药基因、毒基因及体内外致病性试验解析菌株差异。232株共分为74个ST型，肝脓肿优势型为ST23，肺炎优势型为ST11；泛基因组聚类可分为3个对应分离来源的类群。肺炎菌株携带更多耐药基因与质粒复制子，肝脓肿菌株毒基因富集、沙门铁载体salmochel高度关联肝脓肿分离株，细胞毒与小鼠感染模型显示肝源菌株致病性更强。不同感染来源菌株基因组特征分化明显，提示感染传染源存在区别。
关键词
肺炎克雷伯菌；化脓性肝脓肿；肺炎；MLST分型；耐药基因；毒力基因；沙门铁载体；致病性
研究目的
明确携带者、肝脓肿、肺炎三类来源克雷伯菌的ST分型、基因组、耐药与毒力特征差异，阐明salmochel等毒因子和耐药基因与疾病类型的关联规律，解析菌株致病分化机制。
研究思路
1. 收集多地区232株临床分离株，采用MLST完成序列分型，统计各ST分布。
2. 全基因组测序，核心SNP构建进化树、泛基因组结合PCA进行菌株聚类。
3. 生物信息学筛查全株耐药基因、质粒复制子、各类毒基因。
4. 采用Bioscreen测定生长曲线、结晶紫法测生物膜，体外细胞试验评价细胞毒性与黏附能力。
5. C57小鼠腹腔感染，测定肝肾载菌量，在体验证致病力差异。
研究亮点
1. 大样本证实ST23、ST11分别是肝脓肿、肺炎临床主流克隆，多种ST型具有疾病宿主特异性。
2. 首次明确salmochel铁载体是区分肝脓肿与肺炎菌株关键标志物，95.88%肝脓肿分离株携带该基因。
3. 肺炎菌株富集耐药基因与多复制子质粒，肝脓肿菌株富集毒基因，形成耐药/毒力的分化特征。
4. 体外生物膜、细胞毒性结合动物体内试验多层次证实肝源菌株致病能力显著更强。
可延伸的方向
1. 探究salmochel介导肝靶向定植的分子通路。
2. 追踪医院环境ST11耐药克隆传播规律。
3. 基于特征基因开发快速分型临床检测方法。
4. 筛选靶向salmochel的新型抑菌药物。
5. 探究不同抗生素压力驱动克雷伯菌耐药与毒力协同进化规律。
测量的数据及研究意义
1 MLST分型统计数据（表1、图1），明确不同疾病来源优势ST型，为临床菌株分子流行病学溯源提供分型依据。
2 全基因组进化与PCA聚类数据（图2、图3），证明三类菌株基因组存在显著分化，佐证传染源不同。
3 耐药基因、质粒复制子统计数据（图4），量化肺炎菌株耐药基因丰度更高，解释院内耐药高发原因。
4 毒基因分布数据（图5A、5B），锁定salmochel为肝脓肿标志性毒因子，为致病机制研究靶点。
5 体外生长、生物膜、细胞毒数据（图5C~5F），明确肝源菌株生物膜弱、肝细胞毒性更强的表型特征。
6 小鼠脏器载菌数据（图5G），动物水平验证肝源菌株肝组织定植优势。
结论
1 肝脓肿优势菌株为ST23，肺炎优势菌株为ST11，大量ST型只特异性出现在单一感染类型中。
2 从基因组层面可将菌株划分为携带者、肝脓肿、肺炎三大类群，菌株遗传背景和感染来源高度匹配。
3 肺炎来源菌株携带更多耐药基因与质粒复制子，肝脓肿菌株富集各类毒力基因，salmochel与肝脓肿高度相关。
4肝脓肿分离株对肝细胞毒性更强，小鼠体内肝脏定植能力显著优于肺炎与携带株。
5 三类菌株遗传与表型分化明显，提示患者感染来源各不相同。
使用芬兰 Bioscreen仪器测量数据的研究意义
利用芬兰Bioscreen全自动微生物检测仪定时测定OD600动态生长值，高通量同步测定多株克雷伯菌生长全过程，精准量化三类菌株生长动力学差异。统一培养环境消除人工操作误差，获得标准化生长参数，排除生长快慢干扰后续毒力、耐药结果判定，保障体外表型数据可靠。