摘要: 目的：探究泌尿系感染来源的84株大肠埃希菌质粒携带特征，分析质粒类型与抗菌药物耐药表型的关联性，为临床耐药防控和抗菌药物选择提供参考。方法：采用全基因组测序技术鉴定84株大肠埃希菌的质粒类型，通过BD Phoenix 100微生物全自动鉴定药敏仪检测菌株对6类常用抗菌药物的耐药性，统计分析质粒携带与耐药表型的关联。结果：84株大肠埃希菌均携带质粒，多质粒(≥3个)携带率为89.29% (75/84)；优势质粒类型为IncF家族(85.71%, 72/84)、Col质粒(50%, 42/84)和IncI质粒(17.86%, 15/84)。菌株多重耐药率(75.00%, 63/84)；IncF质粒与头孢菌素类、喹诺酮类耐药呈显著正相关(
<0.001)。结论：泌尿系大肠埃希菌IncF家族为优势质粒类型，不同质粒类型与特定抗菌药物耐药存在靶向关联，可作为临床耐药防控的重要靶点。
Abstract: Objective: To explore the plasmid carrying characteristics of 84 strains of Escherichia coli from urinary tract infection, and analyze the correlation between plasmid types and antimicrobial resistance phenotype, so as to provide reference for clinical drug resistance prevention and control and antimicrobial drug selection. Methods: The plasmid types of 84 strains of Escherichia coli were identified by genome-wide sequencing technology, and the drug resistance of the strains to six kinds of commonly used antibacterial drugs was detected by BD Phoenix 100 microbial automatic drug sensitivity analyzer, and the relationship between plasmid carrying and drug resistance phenotype was statistically analyzed. Results: 84 strains of Escherichia coli all carried plasmids, and the carrying rate of multiple plasmids (≥3) was 89.29% (75/84). The dominant plasmid types are IncF family (85.71%, 72/84), Col plasmid (50%, 42/84) and IncI plasmid (17.86%, 15/84). The multidrug resistance rate of the strain was 75.00% (63/84). IncF plasmid was positively correlated with cephalosporins and quinolones resistance (< 0.001). Conclusion: IncF family of urinary Escherichia coli is the dominant plasmid type, and different plasmid types have targeted correlation with specific antimicrobial resistance, which can be used as an important target for clinical drug resistance prevention and control.
1. 引言
泌尿系感染是临床常见感染性疾病，大肠埃希菌是其首要致病菌，分离率占60%~80% [1]。随着抗菌药物的广泛使用，大肠埃希菌耐药性问题日益突出，多重耐药菌株检出率逐年上升，给临床治疗带来挑战。质粒作为细菌染色体外的可移动遗传元件[2]，是耐药基因水平传播的核心载体，其携带特征与菌株耐药表型密切相关。本研究基于84株泌尿系大肠埃希菌的质粒检测数据和药敏结果，系统分析质粒类型与耐药表型的关联性，为临床精准用药和耐药防控提供科学依据。
2. 材料与方法
2.1. 研究对象
选取包头市中心医院2023年1月~2023年12月分离的84株泌尿系感染来源大肠埃希菌，经BD Phoenix 100全自动微生物鉴定仪鉴定(可信度 ≥ 99%)，临床资料完整，排除混合感染、重复分离及资料缺失的菌株。
2.2. 主要试剂与仪器
BD Phoenix 100微生物全自动鉴定药敏仪、BD Phoenix NMIC/ID-9鉴定药敏复合卡片(含6类临床常用抗菌药物)、细菌基因组DNA提取试剂盒、Nanodrop 2000核酸检测仪、Illumina NovaSeq测序平台。
2.3. 实验方法
2.3.1. 质粒检测
提取菌株基因组DNA，经纯度、浓度及完整性验证后，采用Illumina NovaSeq平台进行全基因组测序(测序深度 ≥ 50×)。利用Prokka软件进行基因注释，PlasmidFinder2.0软件预测质粒序列及类型[3] [4]。
2.3.2. 耐药表型检测
采用BD Phoenix 100微生物全自动鉴定药敏仪检测耐药性，检测药物包括碳青霉烯类(亚胺培南)、氨基糖苷类(阿米卡星)、头孢菌素类(头孢他啶)、喹诺酮类(环丙沙星)、青霉素类(氨苄西林)、磺胺类(复方新诺明)。结果判读遵循CLSI 2023年版标准[5]，以大肠埃希菌ATCC 25922作为质量控制菌株。
2.4. 统计学方法
采用SPSS 26.0软件分析数据，计数资料以例数(率)表示，组间比较用χ2检验；相关性分析用Spearman相关系数；P < 0.05为差异有统计学意义。
3. 结果
3.1. 质粒携带总体情况
84株大肠埃希菌中，均携带质粒，单质粒携带株占3株(3.57%)，多质粒(≥3个)携带75株(89.29%)，单株菌株最多携带9种不同质粒。优势质粒类型为IncF家族，共72株(85.71%)，总体质粒携带率为85.71%，其中IncFIB (AP001918)占67.86% (57/84)，IncF家族携带率显著高于其它类型质粒(P < 0.05)。
3.2. 质粒类型分布特征
共检测到8类质粒，各类质粒携带情况如下：
质粒类型 |
总体携带情况 |
主要亚型 |
亚型携带率(%) |
IncF家族 |
72/84 (85.71%) |
IncFIA |
50.00% (42/84) |
|
|
IncFIB |
69.05% (58/84) |
|
|
IncFII |
71.43% (60/84) |
Col质粒 |
42/84 (50.00%) |
Co156 |
39.29% (33/84) |
|
|
Col (BS512) |
14.29% (12/84) |
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|
Col (MG828) |
14.29% (12/84) |
IncI质粒 |
15/84 (17.86%) |
- |
- |
IncH |
15/84 (17.86%) |
- |
- |
IncB/O/K/Z |
15/84 (17.86%) |
- |
- |
IncX质粒 |
9/84 (10.71%) |
- |
- |
IncY质粒 |
12/84 (14.29%) |
- |
- |
IncQ质粒 |
3/84 (3.57%) |
- |
- |
3.3. 药敏检测结果
84株大肠埃希菌对6类抗菌药物的耐药情况为：碳青霉烯类：亚胺培南耐药率0，氨基糖苷类：阿米卡星耐药率14.29%，头孢菌素类：头孢他啶64.29%，喹诺酮类：环丙沙星75.00%，青霉素类：氨苄西林100%，磺胺类：复方新诺明耐药率71.43%。三类抗生素同时耐药的菌株即多重耐药株占75.00% (63/84)。
3.4. 质粒携带与耐药表型的关联
相关性分析显示，IncF质粒携带与头孢他啶(头孢菌素类)、环丙沙星(喹诺酮类)呈显著正相关(P均 < 0.001)。
4. 讨论
本研究基于84株泌尿系大肠埃希菌的质粒数据和药敏结果，明确了该群体的质粒携带特征及与耐药表型的关联规律。结果显示，多质粒携带现象普遍，且提示质粒在泌尿系大肠埃希菌中广泛分布，是其遗传多样性的重要来源，本地区质粒携带分析发现IncF家族质粒以85.71%的携带率成为绝对优势类型，其高携带率可能与该类质粒的高复制效率和强接合转移能力相关，使其更易在大肠埃希菌间传播。其中最占比最高的是IncFIB质粒，它是大肠埃希菌中常见的接合性质粒之一，能够携带多种耐药基因(如blaCTX-M、qnr，sul1，sul2等)，在耐药性传播中起到关键载体作用，尤其在医院感染和社区获得性感染中具有重要意义[6]。
Col质粒作为第二大优势质粒，最显著的作用是携带大肠杆菌素合成基因[7] [8]，可产生特异性杀伤近缘细菌的蛋白质(大肠杆菌素)，而宿主菌自身因表达免疫蛋白不受影响。这种“杀伤–保护”机制帮助宿主在肠道等复杂菌群环境中占据生存优势，例如抑制不含Col质粒的大肠杆菌或沙门氏菌生长。次要功能：携带耐药基因参与抗性传播，部分Col质粒可整合磺胺类耐药基因(如sul2) [9]，通过水平基因转移增强细菌耐药性。例如，临床分离的大肠埃希菌中，Col质粒与磺胺耐药基因的共现率达30%~50%，成为耐药性扩散的辅助载体。
本研究的局限性在于样本来源单一，基本上用于测序的标本株均为ESBL阳性株，MDR率，未来需扩大样本量开展多中心研究，以构建更全面的质粒携带与耐药关联数据库。此外，未进行体外质粒接合转移实验，无法直接验证优势质粒的水平传播效率，后续可补充相关实验明确其传播机制。
84株泌尿系大肠埃希菌多质粒携带普遍，IncF家族为优势质粒类型。质粒携带与菌株多重耐药密切相关，不同质粒类型与特定抗菌药物耐药存在靶向关联，其中IncF质粒主要介导头孢菌素类、喹诺酮类耐药。研究结果为临床抗菌药物选择提供了参考，可通过质粒分型筛查辅助精准用药，同时为耐药防控提供了明确的监测标志物。
声 明
本研究已获得患者的知情同意，不存在泄露患者个人隐私。
基金项目
内蒙古自治区自然科学基金资助项目(2021BS08018)。
NOTES
*第一作者。
#通讯作者。