第 628 期

研究發展
一個47-kb的NDM-1質體於不動桿菌屬內的有效傳播 －以基因體定序探討新興抗藥細菌之擴散途徑
Effective transfer of 1 47-kb NDM-1-posivitve plasmid among Acinetobacter species - Investigating dissemination of emerging multi-drug resistant bacteria by whole-genome sequencing

本院分子與基因醫學研究所（簡稱基因所）蔡世峰特聘研究員組成基因體研究團隊，除了持續探討台灣地區重要疾病，也追蹤新興抗藥細菌的分子演化。基因所與本院之感染症與疫苗研究所「台灣微生物抗藥性監測計畫（Taiwan Surveillance of Antimicrobial Resistance, TSAR）」主持人楊采菱研究員長期合作，共同針對TSAR所分離到特殊抗藥性的重要與新興抗藥細菌進行全基因體序列之分析。TSAR自1998年開始，對台灣抗藥性細菌進行長期、持續性且全國性之監測，分析主要臨床致病細菌在住院及門診不同患者群及檢體之抗藥趨勢及演變，指出本土特有之抗藥問題。本院與衛生福利部疾病管制署（簡稱疾管署）合作，運用細菌基因體序列分析，更進一步對台灣重要與新興抗藥細菌的抗藥與傳播機制有深入的瞭解，論文刊載在專業期刊，受到國際重視與肯定（Journal of Antimicrobial Chemotherapy 2015 Oct; 70(10):2734-2738）。

自1940年代人類使用抗生素以來，細菌抗藥性一直是醫療上令人困擾的問題。尤其是近十年來，臨床上常見致病細菌的抗藥性一直不斷地累積，漸漸地開始出現所謂的「超級細菌」，也就是臨床上可以用來治療此細菌引起感染的抗生素，只剩少數1、2種。在2009年，首次文獻報導一種新興的抗藥基因，名為New Delhi metallo-β-lactamase-1（NDM-1），幾乎可以分解所有的乙內醯胺類（β-lactams）抗生素，包括後線的碳青黴醯類（carbapenem）。此外，攜帶NDM-1基因的細菌，同時也常對臨床上其他非乙內醯胺類抗生素具有抗藥性。流行病學上研究發現，在印度新德里地區可以分離出各類革蘭氏陰性細菌（主要以腸內桿菌屬為主）攜帶NDM-1基因；再者，受到NDM-1細菌感染的患者廣布於各國，且多有到過印度地區的旅遊史。而NDM-1基因是如何在短時間內在各種細菌間散播呢？先前研究顯示，在腸內菌屬內，NDM-1基因多位於各種不同類型的質體上，推測NDM-1基因是藉由轉位作用（transposition）方式進行傳播。

TSAR第七期（2010年）發現一株攜帶新興抗藥基因NDM-1之不動桿菌菌種 （M131） – Acinetobacter soli （已發表於 Diagnostic Microbiology and Infectious Disease 期刊(2014 Oct;80(2):168-9)）。此菌株並非超級細菌，且分離出此菌的病患並沒有任何國際旅遊史或可疑的接觸史。本院通報疾管署後，經疾管署慕蓉蓉博士回溯篩選同一家醫院，M131菌株分離時間的前後3個月，發現在2個月前，找到另一個攜帶NDM-1基因的不動桿菌株（MS32） （Acinetobacter pittii）。為進一步瞭解這兩株菌株之間的關聯，基因所研究團隊，運用次世代定序技術，取得此二株內所有質體的全序列後，顯示此2菌株各自含有大小不等的多個質體，但其中只有一個攜帶NDM-1基因的47-kb質體完全一致。序列註解顯示此質體除帶有NDM-1基因外，還攜帶執行接合生殖的基因組。進一步實驗證實，這整個47-kb質體可以在許多不動桿菌菌種間傳播，並且環境性菌種比臨床致病菌種對此質體的接受能力還要高，意味著此NDM-1質體可以被留存於不動桿菌屬內。進一步與新加坡之專家討論，從文獻搜尋中發現類似的質體可從許多不動桿菌菌種內分離，廣泛分布於中國甚至到印度（圖一）。



此研究成果發現不動桿菌屬可能是保存新興重要抗藥基因NDM-1的菌種。當醫療上增加後線抗生素使用，對細菌產生篩選壓力時，推測原本在環境中NDM-1基因，或許藉由水平式的傳播，進入到其他革蘭氏陰性菌內後，最終只保留NDM-1基因附近的區域。要如何減少使用抗生素並維持有效地治療細菌性感染仍然是一大難題。此研究成果發現不動桿菌屬可能是攜帶及傳播新興重要抗藥基因NDM-1的重要菌種，此外，本論文亦以實際病例說明基因體科技是臨床微生物監控工作之有效工具。

此研究為結合本院跨所與跨機構多個研究團隊共同努力的結果。首先長期監控計畫發現重要的菌株，並加上疾管署積極追本溯源，幸運地發現第2株，才揭開整個研究的序幕。另外，近年來核酸定序技術的大幅進步，更加速臨床細菌抗藥性之流行病學研究。掌握先進研究方法，進行跨機構之合作，可以節省許多時間，清楚地證明臨床重要抗藥菌株之間的關聯性。此外，與新加坡研究學者合作，進一步瞭解此質體的傳播，更強化在感染症流行病學與國際網絡的連結。
《文/圖：台北醫學大學醫學系微生物及免疫學科黃姿雯助理教授、感染症與疫苗研究所楊采菱研究員、衛生福利部疾病管制署慕蓉蓉研究員、分子與基因醫學研究所蔡世峰特聘研究員》