研究揭示全球金黃色葡萄球菌耐藥基因進(jìn)化及傳播機(jī)制

近日，浙江農(nóng)林大學(xué)食品與健康學(xué)院劉興泉教授團(tuán)隊(duì)在《危險(xiǎn)材料雜志》在線發(fā)表了題為《過(guò)去100多年來(lái)全球金黃色葡萄球菌的耐藥性縱向趨勢(shì)監(jiān)測(cè)及其進(jìn)化和傳播機(jī)制解析》的學(xué)術(shù)論文。該論文探究了100多年來(lái)全球食源性致病菌—金黃色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）耐藥基因的進(jìn)化的驅(qū)動(dòng)因素及傳播機(jī)制。

論文通訊作者劉興泉告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，在對(duì)過(guò)去100多年來(lái)全球金黃色葡萄球菌的耐藥性縱向趨勢(shì)監(jiān)測(cè)及其進(jìn)化和傳播機(jī)制解析的基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)利用了一種機(jī)器學(xué)習(xí)算法成功預(yù)測(cè)了全球陸地范圍內(nèi)金黃色葡萄球菌的抗生素耐藥風(fēng)險(xiǎn)，準(zhǔn)確率超過(guò)70%。相關(guān)研究結(jié)果，對(duì)其他科研和醫(yī)療衛(wèi)生相關(guān)人員制定與金黃色葡萄球菌相關(guān)的感染治療策略也具有重要意義。

金黃色葡萄球菌是一種常見(jiàn)的食源性致病菌，經(jīng)常在人類(lèi)皮膚、食品、污水等檢測(cè)到。近年來(lái)，全球金黃色葡萄球菌感染的發(fā)病率顯著上升，已成為僅次于大腸桿菌的第二大常見(jiàn)細(xì)菌性致病菌。在美國(guó)，金黃色葡萄球菌毒素中毒約占細(xì)菌性食物中毒案例的33%，在加拿大超過(guò)45%，在中國(guó)，金黃色葡萄球菌引起的感染也一直高發(fā)?？股刂委熃瘘S色葡萄球菌感染，是常用的醫(yī)療手段，但由于抗生素廣泛使用，導(dǎo)致大量致病微生物出現(xiàn)抗生素耐藥性。金黃色葡萄球菌中檢測(cè)到的廣泛耐藥性，對(duì)國(guó)際公共衛(wèi)生構(gòu)成了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，也使得全球患者和衛(wèi)生系統(tǒng)財(cái)政負(fù)擔(dān)加重，同時(shí)致使金黃色葡萄球菌感染病患的死亡率上升。

劉興泉團(tuán)隊(duì)的研究，縱向監(jiān)測(cè)了1884年至2022年間分離的586株金黃色葡萄球菌的抗生素耐藥性基因（ARGs）的全球趨勢(shì)：金黃色葡萄球菌中的耐藥基因隨時(shí)間增加顯示出顯著的上升趨勢(shì)，平均每個(gè)基因組中耐藥基因數(shù)量從1970年前的19.14增加到2010年后的24.88。此外，2000年后分離出的金黃色葡萄球菌菌株耐藥基因數(shù)量（24.65）顯著高于2000年前的菌株（20.61）。金黃色葡萄球菌菌株中的耐藥基因數(shù)量，與人類(lèi)發(fā)展指數(shù)（HDI）之間存在顯著正相關(guān)性。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)表明，社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況在抗生素抗性方面的影響很大，值得進(jìn)一步研究，全球抗生素消費(fèi)的增加，顯著增加了金黃色葡萄球菌中的耐藥基因?？梢苿?dòng)遺傳元件在金黃色葡萄球菌菌株的抗生素耐藥基因轉(zhuǎn)移中起著至關(guān)重要的作用。轉(zhuǎn)座子tnpA是耐藥基因的重要驅(qū)動(dòng)者，接合轉(zhuǎn)座子Tn916與四環(huán)素和紅霉素類(lèi)抗生素相關(guān)基因的轉(zhuǎn)移有關(guān)。

此外，課題組成員檢測(cè)了所有金黃色葡萄球菌完整基因組中耐藥基因附近（上下游5000 bp）是否存在可移動(dòng)遺傳元件。在所有耐藥基因中檢測(cè)到2924個(gè)相鄰的可移動(dòng)遺傳元件（在15.33%的耐藥基因附近檢出），并且有243個(gè)質(zhì)粒和579個(gè)染色體中攜帶了耐藥基因，表明質(zhì)粒是耐藥基因的重要貢獻(xiàn)者。結(jié)構(gòu)方程模型結(jié)果顯示，人類(lèi)發(fā)展指數(shù)（HDI）與抗生素消費(fèi)量的增加之間存在顯著相關(guān)性，這也驅(qū)動(dòng)了金黃色葡萄球菌菌株的抗生素耐藥性上升。