肺炎克雷伯菌全球基因组图谱的时空种群结构分析

　　此研究应用降维和聚类方法对肺炎克雷伯菌基因组数据进行分析，并可视化肺炎克雷伯菌的种群结构，观察碳青霉烯耐药(CR)和高毒(hv)表型传播和趋同的关键模式及复杂进化途径。

　　从PATRIC数据库下载了18565株肺炎克雷伯菌的基因组序列和元数据。根据基因组相似性和完整性标准进行筛选后，共获得16797株。这些分离株收集于1937-2021年，覆盖五大洲的102个国家或地区。美国、中国大陆、西班牙、英国和意大利为前5大感染源地。共检测到24种序列分型(ST)，33种荚膜多糖(KL)和7种脂寡糖外核(OCL)分型，数量超100.ST258、ST11、ST307、ST15和ST147是最常见的5种STs。CRKP和hvKP分别为8690株和1955株。其中碳青霉烯耐药的高毒力肺炎克雷伯菌(CRhvKP)有1158株。

　　此研究计算了16797株肺炎克雷伯菌的cgMLST距离，并进行UMAP降维和HDBSCAN聚类分析。在65个高密度簇中，簇内菌株之间的ST、KL和OCL高度一致。通过添加不同的菌株特征信息可以对该聚类簇的结果做一步分析。ST258主要分布在北美，ST11主要分布在中国，在ST258的10个聚集簇中发现了KL106和KL107这2种KL型，在ST11的9个聚集簇中发现了KL15、24、47、64和105这5种KL型。这些结果表明，随着时间的推移，不同血清型的菌株可能从相同的ST菌株进化而来。ST11 在CRhvKP中占主导地位。ST11仅占全部分析菌株的11.94%，但占所有CRhvKP分离株的56.39%。作者基于ST11菌株构建系统发育树，观察到两种进化动力学模式。模式A显示，CR基因从簇51转移到其他簇，从欧洲和中亚传播到拉丁美洲和加勒比，以及中国。在模式B中，簇15主要为ST11、KL47、OL101菌株，而簇7、8、9和65主要为ST11、KL64、 O1/O2v1菌株，其中簇7、9和65与CRhvKP密切相关，这说明近年来中国已经形成了可稳定传播的ST11 CRhvKP菌株(簇7、9和65)。

　　ST11 有两个主要的进化事件:获得耐药性决定因素成为CR并从中国传播到世界其他地区;中国CR菌株进一步获得高毒质粒成为CRhvKP，随后CRhvKP发生克隆扩增。中国已经形成了可稳定传播的ST11 CRhvKP菌株。