01
研究背景
抗菌素耐藥性是全球健康領域中一個持續加劇的威脅，其複雜性不僅在於其對人類健康的顯著威脅，還在於其廣泛的社會和經濟影響。抗菌素耐藥性非常複雜，因為其依賴於多種因素，包括濫用抗生素、醫療設施的衛生條件以及病原體在不同環境中的傳播能力。在高收入國家，如美國，護理院已成為抗菌素耐藥性的主要溫床。這些設施通常因為其人群的高風險性和管理條件，而成為耐藥性細菌和真菌發展的跳板。老年護理院的居民往往有多種併發症，並且免疫系統較為脆弱，使他們更容易受到抗藥性病原體的影響。這些設施由於人員的頻繁交流和一些患者的特殊護理需求，使病原體容易在醫療環境中傳播。因此，對護理院內微生物病原體的基因組流行病學的深入研究，不僅可以揭示抗菌素耐藥性的傳播途徑，還能為制定更有效的控制策略提供基礎資料。
Candida auris是一種新興的多重耐藥真菌病原體，近年來引起了全球的廣泛關注。它的出現增加了對抗菌素耐藥性問題的研究需求，並且世界衛生組織已將其列為關鍵的、高優先順序的病原體。研究表明，Candida auris具有頑強的生存能力和對多種抗菌藥物的耐藥性，這使得其在醫療設施內的傳播成為一個重大的公共健康挑戰。Candida auris的流行不僅限於其造成的直接感染，而且其可以與其他病原體，如高優先順序的ESKAPE病原體（包括抗藥性鏈球菌、大腸桿菌、肺炎克雷伯菌等）共同作用，從而加劇抗菌素耐藥性的危機。在這種背景下，科學家越來越關注這些病原體是如何在護理院的封閉環境中定殖和傳播的。此外，透過先進的基因組測序技術，如應變分辨宏基因組學，可以追蹤Candida auris和ESKAPE病原體的傳播路徑，並揭示其在護理院居民中的定殖模式，為當前和未來的公共衛生應對措施提供資料支援。
02
研究發現
研究發現，護理院的居民由於多重耐藥細菌和真菌的存在，面臨著更高的病原體定植和感染風險。透過結合菌株分辨的宏基因組學和分離株測序，研究人員發現Candida auris在護理院居民的皮膚上以及整個大都市地區的克隆性傳播。此外，研究還發現大多數ESKAPE病原體（包括腸球菌、金黃色葡萄球菌、肺炎克雷伯菌、鮑曼不動桿菌、銅綠假單胞菌和腸桿菌屬）以及其他高優先順序病原體（如大腸桿菌、普羅威登斯菌、變形桿菌和摩根菌）在護理院中共享。整合微生物組和臨床微生物學資料，研究檢測到在被識別為攜帶這些基因的居民的多個皮膚部位存在碳青黴烯酶基因。
研究透過菌株分辨的宏基因組學揭示了Candida auris和ESKAPE病原體在護理院中的共享和傳播。研究表明，護理院居民的皮膚是Candida auris和抗菌素耐藥病原體的儲存庫，並可能是醫院感染傳播的來源。研究還發現，護理院居民的皮膚上存在廣泛的隱性定植，攜帶有碳青黴烯酶基因的細菌，這種定植可能是持續的或反覆出現的，從而對被定植的居民和其他人構成感染和傳播的風險。這些發現強調了皮膚作為抗菌素耐藥病原體傳播的潛在儲存庫的重要性，並指出護理院在抗菌素耐藥性傳播中的作用。
03
臨床意義
這些發現對於臨床實踐具有重要意義。首先，它們強調了在養老院及類似環境中加強感染控制和耐藥性監測的必要性。其次，研究表明，透過如每日抗菌浴等措施減少皮膚上的病原體負擔，可以降低醫院獲得性感染的風險。最後，這些結果提示了皮膚護理和衛生措施在預防耐藥病原體傳播中的潛在價值。總的來說，這項研究揭示了在養老院環境中，皮膚作為耐藥性病原體儲存庫的角色，以及其在耐藥性傳播中的重要性，促使我們重新審視護理設施中的感染預防策略。
04
實驗策略
1. 研究設計與樣本採集：從一個具有通氣能力的養老院的57名居民中採集樣本，重點採集皮膚（趾間、指尖和腹股溝）、鼻腔和肛周部位的樣本。取樣工作持續三個月，採用深度霰彈槍宏基因組測序進行分析。
2. 基因組測序與資料分析：使用全基因組測序（WGS）和霰彈槍宏基因組學對C. auris及其他病原體進行基因組聚類分析。收集和分析了來自其它七個養老院的公開霰彈槍宏基因組樣本，將資料整合以檢測細菌菌株的共享。
3. 病原體和耐藥基因的檢測：整合微生物組和臨床微生物學資料，透過讀段比對檢測居民皮膚多個部位的碳青黴烯酶基因。利用單核苷酸多型性（SNP）分析和平均核苷酸相似性（ANI）網路評估菌株之間的基因組相似性。
05
資料解讀
圖1：從養老院居民中恢復C. auris、ESKAPE和主要細菌MAGs
Figure 1 展示了從養老院居民中採集樣本並分析以恢復C. auris、ESKAPE和主要細菌MAGs的研究設計和結果。a. 圖示展示了臨床研究的設計，包括取樣、測序和分析過程。研究使用了NCBI的公開資料庫。此圖為研究的整體流程提供了視覺化的概覽。b. 從42名居民的五個指定身體部位在任一時間點採集的樣本中恢復的MAGs。圖中按行顯示恢復的物種。每個點代表一個分析樣本，大點表示MAG的恢復。頂部分顯示ESKAPE病原體，中間部分顯示尿路病原體，底部分顯示C. auris和與C. auris丰度相關的共生菌。顏色對應於不同的物種。c. 42名居民中每個物種的相對丰度，面板、顏色和樣本順序與b圖對應。條形圖未達到相對丰度1，因為僅顯示了對映到b圖中真菌和細菌物種的讀取。為了清晰起見，許多皮膚共生菌未顯示。結論：透過從養老院居民採集樣本並進行測序分析，研究成功恢復了C. auris、ESKAPE病原體及主要細菌MAGs，並分析了其相對丰度和分佈。
圖2：養老院居民的皮膚是C. auris、ESKAPE病原體和抗菌素耐藥基因的儲存庫
Figure 2 研究了養老院居民皮膚作為病原體和抗菌素耐藥基因儲存庫的情況，重點分析了C. auris和ESKAPE病原體的存在。a. 為了評估養老院居民皮膚上病原體的存在情況，研究者對居民的皮膚（腹股溝褶皺、指尖、趾縫和腋窩）和鼻腔進行了檢測。透過兩種方式定義病原體的存在：首先，用星號標記那些從中回收出宏基因組組裝基因組（MAGs）的居民；其次，用顏色標記那些基因組覆蓋率在至少一個樣本中≥50%（深藍色）或<50%（灰色）的居民。研究發現，如果一個基因組覆蓋率≥50%但未產生MAG，則該物種很可能存在。參與者7、32、39和43未顯示，因為這些個體的皮膚部位（除肛周皮膚外）未回收出MAGs。b. 為了檢測抗菌素耐藥基因，研究者在州級登記中報告了三種碳青黴烯酶基因（blaKPC、blaVIM和blaNDM）的歷史檢測情況，並透過讀取比對在皮膚宏基因組中檢測這些抗菌素耐藥基因。資料展示了每個居民樣本中檢測到的每種碳青黴烯酶基因，形狀對應於每種基因。c. 為了研究MAGs的恢復情況，研究者對18名居民（每個圖表頂部標識參與者編號）進行了每月監測，分析了皮膚（腹股溝褶皺、指尖、趾縫和腋窩）和鼻腔的MAGs恢復情況。顏色對應於物種，如圖1所示。結論：養老院居民的皮膚是C. auris、ESKAPE病原體和抗菌素耐藥基因的重要儲存庫，且這些病原體和基因在居民皮膚和鼻腔中具有較高的存在率和多樣性。
圖3：養老院居民的皮膚可能是細菌和真菌菌株共享的潛在儲存庫
Figure 3 旨在揭示養老院居民皮膚上細菌和真菌菌株的共享情況，分析不同個體之間的菌株相似性。A. 為了分析每種細菌的MAGs（宏基因組裝配基因組）之間的相似性，進行了網路分析。每個節點代表一個MAG，節點之間的連線表示成對ANI（平均核苷酸同一性）值≥99.95%。線的長度不具有定量意義，顏色對應不同的個體。結果顯示，不同個體之間存在高相似性的MAGs，提示菌株可能在個體之間共享。B. 為了分析54個K. pneumoniae MAGs的進化關係，基於172個翻譯的單複製標記基因的氨基酸序列進行了系統發育樹分析，並整合了與設施中識別的STs（序列型別）匹配的公共K. pneumoniae基因組。樹的標籤指示MAG的序列型別（ST_），如果MAG無法分型，則使用破折號。標籤還包括參與者識別符號（Sub）、身體部位（Ic表示腹股溝皺褶，An表示肛周皮膚，N表示鼻孔，Tw表示趾間，Fg表示指尖）和調查週期（1, 2, 3）。沒有參與者、身體部位和調查週期標籤的樹葉代表來自NCBI的分離基因組。結果表明，不同個體和身體部位之間存在菌株共享的可能性。C. 為了分析每種細菌在不同居民之間的共享情況，使用inStrain工具繪製了直方圖，顯示了樣本對之間SNPs（單核苷酸多型性）數量的差異（x軸）和樣本對數量（y軸）。結果表明，在≥3名居民之間識別出菌株共享的情況。結論：養老院居民的皮膚可能是細菌和真菌菌株共享的潛在儲存庫，不同個體之間存在菌株的高相似性和共享現象。
圖4：C. auris在養老院居民中的區域傳播、個性化多樣化和共享
Figure 4 為了研究C. auris在養老院居民中的傳播模式，構建了基於SNP位點的系統發育樹，分析了不同設施和地理位置的C. auris分離株基因組。透過構建基於SNP位點的系統發育樹，分析了C. auris分離株的基因組。點的顏色對應於個體養老院居民或參考基因組的地理位置。樣本來自不同設施，包括急性護理醫院1（設施A）、長期護理設施1（設施B）、急性護理醫院2（設施C）、臨床實驗室（ACL）和VSNF（本研究中的設施D）。D1表示來自房間1的居民（參與者5、14、15和23），D2表示房間2的居民（參與者2、4、28和48）。用方框標出的標註強調了參與者35，其分離株聚集在一起。星號標記的綠色線條強調了參與者4的樣本，其分離株分佈在整個樹上。三角形標註指向一對室友，他們似乎共享克隆。黑色箭頭指向佛羅里達州和馬薩諸塞州的分離株。黑色條表示在系統發育樹的分支中多個設施的聚集。結論：C. auris在養老院居民中表現出區域傳播、個性化多樣化和共享的特徵，不同設施和房間的居民之間存在克隆的傳播和共享現象。
06
主要結論
這篇文獻研究了在護理院中的多重耐藥性真菌病原體Candida auris（C. auris）和ESKAPE細菌病原體的基因組流行病學。研究表明，護理院的居民皮膚上普遍存在C. auris和ESKAPE病原體的克隆傳播，並且這些病原體的耐藥基因也被廣泛檢測到。護理院的環境可能成為這些病原體的儲存庫和傳播源，增加了院內感染的風險。此外，透過對美國其他州護理院的公開資料分析，研究還發現這種皮膚病原體株系共享的現象具有普遍性，這表明皮膚可能是抗菌藥物耐藥病原體的重要額外腸道儲存庫。
07
討論總結
研究指出，護理院的居民皮膚上存在C. auris和ESKAPE病原體的克隆傳播，這提示皮膚可能是這些多重耐藥病原體的關鍵儲存庫。研究揭示了護理院作為抗菌藥物耐藥性擴散的潛在驅動因素，強調了這些場所可能在更廣泛的醫療保健生態系統中傳播耐藥病原體的作用。結論部分強調，需要對護理院中的感染預防措施進行改進，以減少耐藥病原體的傳播風險。未來的研究應結合培養物和宏基因組測序，以進一步評估護理院中共生菌株共享的頻率，以及這些菌株在病原體傳播中的作用。
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