接合质粒与插入序列相互作用：推动抗生素抗性基因水平转移的关键机制

研究背景

抗生素抗性（AMR）对抗感染治疗构成严重威胁。质粒作为基因的重要载体，在多种 AMR 基因的捕获与传播中起核心作用。然而，关于不同质粒类别与其他移动遗传元件（MGEs）之间的相互作用，以及这些相互作用如何影响 AMR 基因的传播，目前仍不甚明了。

实验设计与结果

研究团队开发了一款名为 Plascad 的工具，用于质粒分类、AMR 基因注释和质粒可视化。通过对 14,029 个完整细菌质粒和 12,059 个细菌基因组的系统遗传分析，研究揭示了大多数质粒携带的 AMR 基因，包括定位于 1 类整合子上的基因，富集在接合质粒中。研究发现，接合质粒与 IS 之间存在大规模的 AMR 基因转移网络，涵盖 245 种组合，涉及 59 种 AMR 基因亚型和 53 种 IS，连接接合质粒和系统发育距离较远的病原体。这表明接合质粒和 IS 之间的相互作用是介导 AMR 基因水平转移的一般进化机制。具体而言，接合质粒在不同质粒类别和远缘系统发育谱系之间的 AMR 基因转移中起着核心作用。接合质粒能够跨越物种界限，将抗性基因传递给不同的细菌种类。而插入序列（IS），这些看似简单的 DNA 元素，却在接合质粒介导的 AMR 基因转移中发挥着关键作用。研究发现，插入序列不仅能够促进抗性基因在质粒内的转移，还能帮助抗性基因在质粒和细菌染色体之间跳跃，从而扩大其遗传范围。

研究意义

该研究揭示了接合质粒和 IS 在塑造 AMR 基因传播中的显著贡献和机制，突出了对接合质粒和 IS 相互作用进行常规监测的必要性。在未来的公共卫生策略中，我们需要加强对细菌抗性基因转移机制的研究和监测。通过深入了解接合质粒和插入序列之间的相互作用，可以更好地预测和控制抗生素抗性基因的传播。这不仅有助于减缓抗生素抗性基因的扩散速度，还能为开发新型抗菌药物和治疗方案提供科学依据，从而保障公共卫生安全，挽救更多生命。研究结果不仅增进了我们对抗生素抗性基因传播机制的理解，还为开发针对性的干预策略提供了重要信息，有助于减缓抗生素抗性基因的传播，对保障公共卫生安全具有重要意义。在研究过程中，研究人员还发现接合质粒在不同质粒类别和远缘系统发育谱系之间的 AMR 基因转移中起着核心作用，而 IS 在接合质粒介导的 AMR 基因转移中发挥着关键作用。这些发现为我们深入理解细菌抗性基因的传播机制提供了新的视角，也为制定更有效的抗菌策略提供了科学依据。

参考文献：

Zhang T, Che Y, Yang Y, et al. Conjugative plasmids interact with insertion sequences to shape the horizontal transfer of antimicrobial resistance genes. PNAS. 2021;118(6):e2008731118. doi:10.1073/pnas.2008731118.