抗生素耐药性在人与动物中的传递研究:碳青霉烯类抗生素的抗菌剂耐药性

工程15（2022）24研究抗菌剂耐药性-供试品碳青霉烯类抗生素耐药性在人与动物NDM阳性大肠埃希菌株间的传递沈英波a，b，#，胡福品c，#，王永强d，#，尹丹丹c，#，杨璐a，#，陈毅强e，徐春燕a，李继云a，蒋君尧a，王学阳a，付玉林a，邵东燕a，刘德君a，马腾飞a，蔡昌f，沈章琪a，王少麟a，李娟g，张荣h，柯跃斌i，吴聪明a，沈建中a，蒂莫西河，澳-地杨旺a，杨伟，王伟a中国农业大学动物医学院动物源性食品安全检测技术北京市重点实验室，北京100193b中国科学院病原微生物与免疫重点实验室，中国科学院微生物研究所，北京100101c复旦大学附属华山医院抗生素研究所抗生素临床药理学重点实验室，上海200040d中国农业大学兽医学院预防兽医学系，北京100193e中国农业大学动物科技学院动物营养国家重点实验室，北京100193f浙江农林大学动物科学技术学院，浙江农林大学兽医学院，浙江杭州311300g中国疾病预防控制中心传染病预防控制所传染病防治协同创新中心传染病预防控制国家重点实验室，北京102206浙江大学附属第二医院，浙江大学，杭州310009i深圳市疾病预防控制中心深圳市遗传分子医学重点实验室，深圳518055j牛津大学动物学系阿提奇莱因福奥文章历史记录：收到2020年2021年6月25日修订2021年7月6日接受2022年4月16日网上发售保留字：碳青霉烯类耐大肠杆菌blaNDM-5一个健康耐药性传播A B S T R A C T尽管中国禁止在动物中使用碳青霉烯类抗生素，但耐碳青霉烯类大肠杆菌（CREC），特别是新德里产金属β-内酰胺酶（NDM）菌株，在食用动物中广泛流行。目前，家畜相关CREC菌株在国家层面对人群的影响尚不清楚。在此，我们进行了一项回顾性横断面研究，调查中国22个省或直辖市临床环境中CREC的患病率，并分析与其存在相关的人为因素。我们还确定了blaNDM和blaKPC在猪和鸡农场中的丰度，并提出了动物和人类来源的CREC的详细基因组框架。总的来说，631/29799（2.1%）临床大肠埃希菌（E. coli）分离株鉴定为CREC。多变量分析显示，男性、1岁以下、13至18岁、鸡产量较高的省份和猪产量较高的省份与CREC感染的几率较高相关。总的来说，73.8%（n= 45/61）的猪场和62.2%（n= 28/45）的鸡场blaNDM丰度分别为1× 10- 5 ~ 1× 10- 3和1× 10- 3 ~ 1× 10- 2。在所有中国人NDM阳性E. coli（n = 463）中，基因组分析显示blaNDM-5和IncX 3是主要的碳青霉烯酶基因-质粒组合，而在质粒和核心基因组水平上证明了来自人和动物的NDM阳性分离株之间的高度同源关系。所有这些发现都表明CREC在人类和动物之间频繁传播，这表明在中国和全球范围内都需要进一步讨论动物和人类使用抗生素的©2022 The Bottoms.由爱思唯尔有限公司代表中国工程院和高等教育出版社有限公司出版。这是一篇CC BY-NC-ND许可下的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）中找到。*通讯作者。电子邮件地址：sjz@cau.edu.cn（J. Shen），timothy. zoo.ox.ac.uk（T.R.Walsh），wangyang@cau.edu.cn（Y. Wang）。#这些作者对这项工作做出了同样的1. 介绍抗生素耐药性是本世纪最大的全球公共卫生挑战之一，碳青霉烯类仍然是治疗危及生命的多重耐药感染的最有效抗生素之一[1]。不幸的是，https://doi.org/10.1016/j.eng.2021.07.0302095-8099/©2022 THE COMEORS.由爱思唯尔有限公司代表中国工程院和高等教育出版社有限公司出版。这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表工程杂志首页：www.elsevier.com/locate/engY. Shen，F.Hu，Y.Wang等人工程15（2022）2425碳青霉烯类耐药肠球菌（CRE）现在是住院患者的主要关注点，因为CRE对碳青霉烯类、头孢菌素类和青霉素类显示出高水平的耐药性，严重限制了治疗选择[2]。因此，CRE被称为目前，全球范围内医疗保健相关CRE菌株产生三种主要碳青霉烯酶：新德里金属β-内酰胺酶（NDM）、肺炎克雷伯菌碳青霉烯酶（KPC）和碳青霉烯水解苯唑西林酶-48型β-内酰胺酶（OXA-48）[6]。产NDM菌株在50多个国家中高度流行，尤其是在南亚（印度、巴基斯坦和孟加拉国）和中国，而产KPC菌株在北美和南美（美国、阿根廷和巴西）以及中国和欧洲（希腊、意大利和以色列）更普遍[7]。一项涉及36个欧洲国家的多国研究显示，10.3%和7.2%的医院获得性耐碳青霉烯类大肠埃希菌（E. 大肠杆菌）（CREC）分别为NDM和KPC阳性[8]。在中国，2014-2015年在25个省收集的产NDM和KPC临床分离株相反，在另一项研究中，blaNDM是来自中国19个省的健康个体的46.7%的CREC分离株中唯一检测到的碳青霉烯酶基因[10]。总的来说，这些数据表明，中国大部分人群来源的CREC分离株是由NDM产生介导的。在来自食用、野生和伴侣动物的CREC分离株中，在全球范围内，NDM仍然是最常见的碳青霉烯酶[11]。在中国，产NDM分离株正成为食用动物中最主要的产碳青霉烯酶定殖菌，并污染后续肉制品[12]，其中偶尔检出blaOXA-48和blaKPC[13]。尽管如此，动物源性CREC迄今为止尚未被普遍认为是人类健康的问题[14]，尽管有一些证据表明CREC在动物和人类之间直接传播[15]。2. 材料和方法2.1. 研究设计图 1和图 附录A中的S1提供了研究设计示意图。我们首先进行了一项回顾性横断面研究。首先，共收集到29799株序贯E. 2016年1月1日至2016年12月31日期间，从中国30家医院的门诊和住院患者中收集的大肠杆菌分离株来自中国抗菌药物监测网络（CIMET）。这些医院大多数是大型转诊机构;它们总共覆盖22个省或直辖市，总人口约9亿。为避免重复，根据患者识别代码，每例患者仅纳入每份临床标本的一株分离株。使用自动化系统如Vitek 2 Compact（bioMérieux，France）和Phoenix-100（Becton，Dickinson and Company，USA）系统或基质辅 助 激 光 解 吸 / 电 离 飞 行 时 间 质 谱 法 （ MALDI-TOF MS; BrukerDaltonics，Germany）进行物种鉴别。采用Vitek 2 Compact全自动生化分析仪测定了19种临床抗菌药物（头孢他啶、头孢噻肟、头孢吡肟、头孢西丁、头孢哌酮/舒巴坦、哌拉西林/他唑巴坦、氨曲南、厄他培南、亚胺培南、美罗佩、阿米卡星、庆大霉素、环丙沙星、左氧氟沙星、甲氧苄啶/磺胺甲恶唑、磷霉素、粘菌素、呋喃妥因和替加环素）对分离菌株的敏感性。和www.chinets.com。根据仪器质量标准，使用配套系统（bioMérieux）。根据临床和实验室标准协会标准yy解释结果。对至少一种碳青霉烯类抗生素显示耐药性的菌株被定义为CREC（图1和图2）。 S1）。其次，我们于2017年4月1日至2017年5月31日期间从三个省（辽宁、湖南和陕西）的22个猪场和16个养鸡场采集样本，以评估blaNDM和blaKPC的总体丰度;样本采集和处理的详细信息已在之前发表[16]。如果提取的DNA质量不足以进行进一步分析，则排除农场（图1和图 S1）。如前所述，使用DNA提取物作为模板，使用基于定量聚合酶链反应（PCR）的试验，以16S核糖体RNA（rRNA）基因作为对照，评估blaNDM和blaKPC的相对丰度[17]。第三，我们对动物和人类来源的CREC进行了全面的全球基因组研究，以确定其基因、质粒和菌株水平的基因特征和相关性（图1和图S1）。详细过程如下所述。复旦大学附属华山医院伦理委员会于2015年11月24日批准了本研究的伦理许可（项目编号：KY 2015 -285）。将个人知情同意书翻译成普通话，并通过面对面或电话获得所有住院患者的同意。我们排除了不愿意参与本研究的个人，并告知所有参与者他们有权在任何阶段退出研究。2.2. 数据源中国22个省市的人为因素数据来自中国国家统计局和《中国农业年鉴》。这六个分类人为因素包括：国内生产总值（GDP）、人口（数量和密度）、抗菌药物使用、动物生产（农场动物和淡水养殖，主要是鱼和虾）、动物源性食物消费和每日动物源性食物摄入。大多数数据是在2015年收集的，尽管抗菌药物使用数据来自2013年[18]。在基因组分析中，我们下载了所有可用的中国NDM阳性E。大肠杆菌全基因组序列 （n = 463 ），来自美国 国家生物技术信息中心（NCBI）数据库，用于综合分析（图1和附录A中的表S1）。 我们还获取了1852名NDM阴性的E.来自NCBI数据库的来自四种宿主（人、猪、鸡和蝇，对应于NDM阳性序列总数的四倍）的大肠杆菌分离物（图1和表S1）。所有菌株均被赋予一个有序的自然数，并使用Excel中的RAND函数随机选择进行相应的分析。2.3. 基因组分析基因组序列分析包括基因组组装、多位点序列分型、质粒检测和系统发育群体预测，根据我们先前出版物中的详细描述[19]。使用Bandage 0.8.1版分析不含质粒复制子标记的重叠群，以鉴定可能的质粒复制子类型。Sankey图是使用R 3.6.1yyy中的networkD3包版本0.4生成的。所有NDM阳性yyhttps://clsi.org。http://www.stats.gov.cn/tjsj/ndsj/2016/indexch.htm.https://github.com/rrwick/Bandage.yyyhttps://CRAN.R-project.org/package=networkD3。Y. Shen，F.Hu，Y.Wang等人工程15（2022）2426×Fig. 1. 数据来源和研究过程流程图。MIC：最小抑菌浓度。CSEC：碳青霉烯类敏感E. coli; pos：阳性; neg：阴性。将组装的基因组用于核心基因组比对，以通过RedDog管道产生系统发生树。生成的树使用Interactive Tree of Life v5yy可视化。2.4. 溯源我们使用主成分判别分析（DAPC）可检测模型[20]来追踪所有NDM阳性大肠杆菌的潜在来源。杆菌所有分离株（包括NDM阴性）的核心基因组单核苷酸多态性（SNP）图谱E.大肠杆菌（总n = 2315），使用snippy pipeline PCR产生。NDM阴性 E. 大 肠 杆 菌 对 1389 个 分 离 株 使 用 DAPC 模 型 ， 通 过 在建 议3.6.1[18]。其余463株分离株用于评估上述模型的拟合度。最后，利用所构建的DAPC模型对463株中国NDM阳性菌株的遗传来源进行了预测。2.5. 统计分析将 人 口 统 计 学 和 非 临 床 数 据 输 入 Excel 2016 （ Microsoft ，USA）。我们将变量“年龄”分为根据以前对鸡生产分布的研究[21]和国家生猪生产计划[22]，我们根据年生产量将中国大陆分别划分为2个和4个鸡和猪生产区[23]。分类数据采用v2检验，连续数据采用在SPSS 23.0版（IBM，USA）中进行单变量分析，随后使用Cramer系数phi（U）评估P值≤0.05的变量的共线性如果一对变量高度相关（U> 4.0），我们选择生物学意义更大的变量yhttps://github.com/katholt/RedDog。yyhttps://itol.embl.de。多变量逻辑分析的逻辑合理变量。保留单变量分析确定的重要变量用于多变量分析。采用前向逐步（似然比）方法进行多变量logistic回归分析，以控制混杂因素。P值0.05的变量保留在最终模型中。使用Hosmer-Lemeshow拟合优度检验检验logistic回归模型的拟合优度。使用R语言中的forest plot包生成森林图。blaNDM的丰度使用R3.6.1.由于低于检测限（LOD）的丰度值过多，因此将110- 7的伪计数（比最低丰度低一个数量级）定义为低于LOD的那些值在log10标度之前的丰度[24]。使用Mann-Whitney U检验或Kruskal-WallisH检验在P 0.05的显著性水平下比较不同组3. 结果3.1. CREC与临床和非临床因素的关系研究设计示意图见图1和图S1。在29799株E.从全国22个省（市）的不同感染标本中分离到631株（2.1%）为CREC。四川的CREC分离株流行率最高（4.7%），而福建样本中未回收到CREC分离株（附录A中图S2CREC感染患者的分析显示，女性与男性的比例为1.4：1;然而，根据单变量分析，男性CREC的患病率显著高于女性（P0.0001）（附录A中的图2和表S2）。婴儿（1岁）和青少年（13-18岁）感染率最高（分别为3.5%和3.2%）。阳性标本中尿液占比最大（42.1%）但显示最低比值比（OR = 0.7），95%置信区间（CI）范围为0.6 - 0.9（表S2）。相比之下，脑脊液中占最低比例的https://github.com/tseemann/snippy.http://gforge.se/packages/.Y. Shen，F.Hu，Y.Wang等人工程15（2022）2427≤图二.（a）单变量和（b）多变量分析的森林图。阳性样本（0.3%），但患病率最高（5.2%）。总共有26/29个变量与CREC显著相关表1临床CREC和CSEC分离株的抗菌药物敏感性特征（P 0.05）（表S2）。去除高度共线性的变量后，选择非临床因素和三个人口统计学变量抗菌剂CREC（n=631）CSEC（n= 29168）P值多变量逻辑回归分析（图2（b）和表S2）。在三个临床类别中，男性CREC感染的OR（OR = 1.6，95%CI：1.3-1.8）高于女性，婴儿和青少年也显示出较高的OR（OR = 3.4，95%CI：1.8-6.5和OR = 3.1，95%CI：1.3-7.5）。对于CREC，尿路感染的OR最低（OR = 0.8，95%CI：0.6对于三个非临床类别，GDP较高区域（表S2）或鸡产量较高区域（OR = 1.4，95% CI：1.1头孢哌酮/舒巴坦413（65.5%）1 313（4.5%）0.0001氨苄西林/他唑巴坦371（58.8%）846（2.9%）0.0001头孢他啶536（84.9%）7 380（25.3%）0.0001头孢噻肟604（95.7%）17 209（59.0%）0.0001头孢吡肟483（76.5%）7 671（26.3%）0.0001头孢西丁413（65.5%）3 413（11.7%）0.0001氨曲南481（76.2%）10 150（34.8%）0.0001厄他培南569（90.2%）0 0.0001表S2）显示CREC感染率较高霍斯默-大霉素339人（53.7%）12 367人（42.4%）<0.0001Lemeshow检验（v2= 11.35，自由度（d.f.） = 8，P=Ciprofloxacin482人（76.4%）16 247人（55.7%）<0.00010.182> 0.05）表明所选模型适合于左氧454人（71.9%）15 459人（53.0%）<0.0001数据分析3.2. 敏试验药敏试验结果表明，CREC（n = 631）对头孢菌素、头孢哌酮/舒巴坦 、哌 拉西林 /β- 他唑 巴坦、 氟喹 诺酮类 的耐药 率（ 58.8%~95.7%）明显高于碳青霉烯类敏感的E.大肠杆菌（CSEC; n = 29168，2.9%<-59%）（P 0.0001）（表1）。CREC显示对丁胺卡那霉素和磷霉素的耐药率分别为16.8%和28.5%，而对丁胺卡那霉素和磷霉素的耐药率分别为2.7%和5.6%。CREC和CSEC均显示对粘菌素和替加环素的高水平敏感性（> 96.7%）。有趣的是，59%的CSEC显示出对头孢噻肟的耐药性（表1）。虽然抵抗数据表明CREC分离株的数量（耐药率，%）。用v2分析法计算P值。中国临床E. 利用NCBI中的195株NDM阳性和494株NDM阴性的大肠杆菌菌株，检测两组菌株的耐药基因率。总体而言，在NDM阳性菌株中，对大多数抗菌药物的耐药基因-尤其是b-内酰胺耐药基因（blaCTX-M、blaOXA和blaCMY）的流行率显著高于甲氧苄啶/磺胺甲恶唑414人（65.6%）16 392人（56.2%）<0.0001磷霉素180人（28.5%）1 633人（5.6%）<0.0001粘菌素11人（1.7%）700人（2.4%）0.2849Nitrofurantoin107人（17.0%）1 108人（3.8%）<0.0001亚胺培南395人（62.6%）0<0.0001美罗培南487人（77.2%）0<0.0001米卡星106人（16.8%）788人（2.7%）<0.0001Y. Shen，F.Hu，Y.Wang等人工程15（2022）2428× ×××除mcr和oqxAB基因的检出率外，均高于阴性菌株（附录A图S3）。最近提交给NCBI的无NDM的mcr阳性菌株数量增加，可能导致 NDM阴性菌株中mcr的患病率较高;这一观察结果也与我们的药敏试验一致，表明对粘菌素的耐药性较高NDM阴性菌株的阳性率高于阳性菌株。3.3. 畜牧场blaNDM的可检测丰度由于临床CREC感染与省级畜牧业生产之间的密切联系，我们通过收集湖南、辽宁和陕西的粪便样品（猪（n= 22）和鸡（n= 16））进行了研究，以确定blaNDM和blaKPC的丰度。在排除无效DNA提取物后，分析了61个猪场和45个鸡场的样品（附录A图S4（a）和表S3）。所有农场对blaKPC均呈阴性;然而，blaNDM是检测在猪和鸡的相对基因丰度分别为73.8%（n= 45）和62.2%（n= 28），10- 5至110 - 3和110 - 3至110 - 2（blaDNM/16 s rRNA）（图1B）。 S4（b）和附录A表S3）。总体而言，鸡和猪养殖场之间bla NDM的中位丰度相似（P = 0.0758）;然而，湖南的一个养猪场和辽宁的一个养鸡场分别具有异常高的blaNDM 丰度值0.2467和0.2465（图1）。表S4（c）和表S3）。3.4. 动物源性和人源性NDM阳性E.杆菌分离株由于NDM是CREC分离株中主要的碳青霉烯酶，我们进一步研究了NDM-阳性大肠 利用基因组生物信息学对动物和人类来源的大肠杆菌进行了研究。利用463 株NDM 阳性大肠杆菌，建立了基于测序类型（ST）的最小生成树。随机抽取463株NDM阴性大肠杆菌。大肠杆菌分离株（1：1）分别来自中国的人（195对217）、猪（99对110）、鸡（123对136）和蝇（46对0）。苍蝇来源的阴性菌株与相应比例的其他来源一起总体而言，NDM阳性E. 大肠杆菌分离株显示96St类型，之间这ST 167（n= 62，13.4%）、ST 156（n= 34，7.3%）和ST 48（n= 31，6.7%）是最常见的。相比之下，NDM阴性E.大肠埃希菌158株，其中ST 10型47株（10.2%），ST 101型10株（10.2%），（n= 16，3.5%）和ST 48（n= 15，3.2%）（附录A中的图S5和表S1）。 人NDM阳性E. 大肠埃希菌占16与鸡、猪和苍蝇的ST分别为111（n= 111）、11（n= 90）和10（n= 96）个，而与来自人的NDM阴性分离株相关的ST分别为25（n= 93）和19（n= 77）个，与鸡和猪相关的ST重叠，（附录A中的图S6）。从所有四个来源中回收了属于ST 167、ST 206、ST 10和ST48的NDM阳性分离株。相比之下，分别从人和猪中回收了85.9%（55/64）的ST 167和62.1%（18/29）的ST 10分离株（图S6和表S1）。3.5. 动物和人类建立了463株NDM阳性大肠杆菌的核心基因组系统发育树. 使用362 650个SNP对大肠杆菌分离株进行分析，以研究分离株和质粒水平上的关联性（图1和图2）。第3和第4段）。通过群体结构的贝叶斯分析（BAPS），将来自4个来源的所有菌株聚为11个谱系。人类分离株分布于所有谱系，L4谱系图3.第三章。463株NDM阳性分离株的系统发育树谱系由树右侧不同颜色的树枝和条纹表示谱系、分离物来源、blaNDM携带质粒类型和NDM蛋白亚型之间的分布所有条纹都标有相应的项目。Y. Shen，F.Hu，Y.Wang等人工程15（2022）2429见图4。该树显示了五个主要分支C1-C5的各种宿主之间最接近的遗传关系。基于SNP差异，使用最大似然法生成所有463个NDM阳性分离株的中点根圆形系统发育树。平均分支长度为0.0005的进化枝（对应于99.95%相似性）被折叠并用粉红色三角形表示三角形的大小与进化枝内分离株的数量成比例来自不同宿主的分离物之间的紧密遗传关系由红色三角形指示，其中五个分支标记为C1属于每个进化枝的分离株以粉红色圆圈显示，并提供了准确的分支长度这些分离物的名称和宿主分别用标签和不同颜色的圆点表示（n= 19）只属于人类（图3）。L8中NDM阳性E.大肠杆菌（111株，24.0% ） ， 由 33 株 人 （ 29.7% ） 、 35 株 猪 （ 31.5% ） 、 23 株 鸡（20.7%）和20株蝇（18.0%）分离株组成（图3）。L11中的87株分离株来自4个来源，其中63株（72.4%）来自人类（图3）。来自同一来源的分离物通常形成具有> 99.95%相似性的分支（在图4中由折叠的粉红色三角形指示），而观察到来自两个或更多不同来源的密切相关的分离物在C1-C5进化枝中（图11）。 4）.除了105个具有不确定质粒类型的携带短blaNDM 的重叠群和一个具有染色体定位的blaNDM-5 的重叠群之外，其余357个携带blaNDM 的质粒属于19种不同的Inc类型（图3和表S1）;其中，blaNDM-5（332，71.7%）最普遍，主要位于IncX 3型质粒（255，76.8%）上。有趣的是，IncB/0/K/Z质粒（n= 40，8.6%）仅携带blaNDM-9。总的来说，IncX3（275，59.4%）是所有起源和谱系中的主要质粒类型，并且在117个人（42.5%）、74头猪（26.9%）、50头猪（26.9%）和100头猪中发现。鸡（18.2%）和蝇（12.4%）34株。NDM阳性IncB/O/ K/Z质粒主要存在于鸡分离株中（35，87.5%），而在人分离株中不存在（图1）。 3和表S1）。3.6. 利用NDM阳性E. 杆菌我们采用DAPC方法追踪463株NDM阳性分离株的来源，其中试验组为463株NDM阴性分离株，对照组为1389株NDM阴性分离株（比例= 1：1：3，图S1）。尽管DAPC模型预测了来自人、鸡和猪的分离株之间的密切遗传关系，但观察到了可区分的边界（图5（a）），并选择代表最高成功结果预测的前600个主成分（共1200个）进行分析（图5（b））。使用该模型预测的分离株来源对鸡、蝇、人和猪的准确度分别为87.4%、83.9%、88.3%和83.5%，测试组的总体平均准确度为56.2%（标准差= 1.9%）（图11）。 5（c）和附录A表S4）。用该方法检测鸡新城疫阳性E. 123株大肠埃希菌分别来自人、猪和蝇，猪NDM阳性大肠埃希菌占27.3%（27/99）。预测大肠杆菌分离株来源于人类（图5（d）和附录A中的表S5）。虽然30.8%（60/195）的人源分离株似乎没有改变宿主，但进一步的研究表明，Y. Shen，F.Hu，Y.Wang等人工程15（2022）2430图五、ND M 阳性E. 使用DAPC可检测模型产生的大肠杆菌分离株。（a）训练集的散点图每个点代表一个单独的分离株，不同的来源用不同的颜色表示椭圆表示每个原点的95% CI（b）DAPC模型的交叉验证（c）测试集的表格图（d）表格-预测集的矩形和柱形分别表示报告和预测的来源，而每个正方形的大小表示相应分离株的数量PCA：主成分分析。分别有53.8%（n = 105）和14.9%（n = 29）的人源分离株被预测为来源于鸡和猪（图1）。 5（d）和表S5）。预测所有蝇源分离株（n= 46）均来源于人（n = 5，10.9%）、鸡（n = 22，47.8%）和猪（n = 19，41.3%）（图1）。 5（d）和表S5）。4. 讨论我们的数据代表了中国最大的临床CREC监测研究，包括来自22个省或直辖市的样本。在感染相关的大肠埃希菌中，CREC的总体患病率（2.1%，631/29 799，CIMET，2016）。中国30家医院的大肠杆菌分离株高于欧洲（0.1%，未提供/121 582，EARS-Net，2016）[25]和美国（0.3%，5/1916，30家医院，2015本研究中CREC感染与男性之间的正相关性与既往报告一致[27]。在我们目前的研究中，在婴儿（1岁）中观察到CREC感染的最高OR，这一发现反映了美国儿童中最近的CRE率[28]。婴儿的微生物群落特别动态，容易受到抗生素的干扰，可能为CRE定殖提供机会，这已被证明是老年重症监护病房（ICU）患者内源性感染的风险因素[29]。有趣的是，在人类和动物中使用的β-内酰胺类药物的释放[18]与CREC感染没有显著相关性，这意味着β-内酰胺类药物释放到环境中可能不是一个重要因素。Y. Shen，F.Hu，Y.Wang等人工程15（2022）2431CREC传播的主要驱动力。研究表明，β-内酰胺在室温下迅速降解[30]，这可能有助于它们在环境中施加很少的选择性压力。这项研究是第一个确定畜牧业生产和人类CREC感染之间正相关我们的微观基因组分析提供了支持这种联系的几个证据首先，我们在中国三个省的动物养殖场样品中观察到高丰度的blaNDM，而不是blaKPC其次，从人、鸡、猪和蝇分离株中鉴定出具有类似blaNDM携带IncX3质粒的分离株，而在当前和先前的研究中，在动物分离株中很少鉴定出blaKPC[11]。第三，我们确定了NDM阳性的核心基因组序列之间的E.人和动物的大肠杆菌。第四，溯源分析显示人源性和动物源性NDM阳性E. 杆菌总的来说，这些观察结果表明NDM阳性CREC分离株在动物和人类之间存在显著的传播风险。值得注意的是，在单变量分析中，动物源性食品的消费与CREC感染显著相关，但在多变量逻辑回归分析中显示出非显著相关性，这表明其他可能的传播途径（例如，污染物传播）也可能是携带blaNDM质粒或CREC传播的一个因素。支持这些观察结果，blaNDM已在来自几种环境来源的样品中检测到，包括医院污水，废水，饮用水，天然水道和农业环境[31]，以及伴侣动物，苍蝇和野生动物[11]。此外，先前已报告CREC通过环境来源在动物和人类之间传播[12，32]。blaNDM在动物之间的成功循环，人类可以包括以下证据。首先，在来自每个主要谱系的CREC内的76.8%的流行率和发生率下（图3），blaNDM-IncX3质粒似乎是非特异性宿主质粒;此外，blaNDM-IncX3质粒在本研究中可能被低估，因为大量（n= 105）携带NDM的重叠群太短而不能确认其质粒类型，并且许多可能是IncX 3。其次，携带blaNDM的质粒-特别是blaNDM-IncX 3-对宿主细菌几乎没有或没有适应性成本，这增加了其在不同生态系统中的持久性和稳定性[33，34]。第三，除兽用禁用的碳青霉烯类外，b-内酰胺类抗生素（包括青霉素和头孢菌素）是中国农场动物使用的第二大类抗菌药物（2018年为3192吨）[35]，2015-2017年在其他116个世界动物卫生组织成员国中使用这些经常使用的β-内酰胺，主要在饮用水中施用，可能在牲畜中NDM阳性细菌的选择和持久性中发挥重要作用第四，blaNDM和其他抗性基因（包括mcr-1[10]、floR和tet（A）[37]）在可传播质粒上的共存可导致通过在牲畜中分别使用粘菌素、氟苯尼考和四环素共选择blaNDM尽管有证据支持CREC在动物和人类，我们的研究有几个局限性。首先，我们的采样部门在时间跨度上可能不完全一致;然而，我们使用大型数据集，通过统计分析和伴随的流行病学和分子数据集，提供了动物和人类之间CREC传播的有力证据。其次，临床CREC分离株产生的碳青霉烯酶类型的数据不可用，尽管（基于先前的大规模监测研究[8，10]）NDM很可能是不分析患者和相应动物源性食物中的定植。然而，先前的研究表明，来自血液和尿路感染的病原体通常来自肠道或食源性感染[38，39]。第四，肠球菌目，包括肠球菌E.大肠杆菌、肺炎克雷伯菌和肠杆菌是临床环境中bla NDM的主要宿主[7]。然而，我们只关注NDM阳性E。 大肠杆菌，因为它是动物中主要的碳青霉烯类耐药细菌[11]。第五，部分基因组数据是从其他研究中收集的，缺少信息（例如，隔离的时间和地点，真实和报告的来源之间的不一致），这可能给我们的DAPC模型带来了系统性误差。然而，在几个集群中发现了强烈的关联，并且在不同的宿主中发现了相同的质粒，明确表明CREC在动物和人类之间传播。为了从“同一健康”的角度防止CREC在动物和人类之间的传播通过更明智地使用β-内酰胺类和其他抗生素，导致携带bla-NDM的质粒/CREC的共同选择，可以实现在动物农场中携带bla-NDM的细菌的流行。②中国向大规模工业化畜牧业的过渡和后院养殖系统的减少将促进对卫生、饲料消费和感染控制实践的更严格监管。对这些做法的监管还应减少仅用于促进生长或预防疾病的药物的使用。③食品供应链、环境和医院在耐药病原体的传播中起着重要作用;因此，必须对动物（农场和周围环境）和人类（定植、感染和生活环境）进行主动监测，以限制CREC的传播。 在动物和人类中，大部分blaNDM基因（> 70%）与IncX3质粒相关（图11）。因此，需要研究宿主偏好、持久性和消除blaNDM-IncX 3质粒的干预。应在农场、屠宰场、食品加工厂和零售店实施有效的清洁和消毒程序，切断CREC传播途径，以减少非生物表面的CREC污染。此外，由于苍蝇和鸟类在CREC的传播中发挥着重要作用，因此需要充分了解它们对CREC传播的贡献[12]。最后，在中国畜牧业于2020年7月撤回所有作为生长促进剂的抗菌剂之后，替代方法，如成簇规则间隔短回文重复序列（CRISPR）相关蛋白9（Cas9）[41]，CRISPR[42]和传统中药[43]是有希望的新武器这种无处不在的病原体。5. 结论这项研究揭示了在全国范围内临床和省级动物生产来源的CREC之间的显着关联，以及鸡和猪场粪便样本中blaNDM丰度的普遍流行此外，我们还发现了持续存在的blaNDM阳性大肠杆菌.大肠杆菌在猪场中的分离株间存在宿主互作性。总之，这些证据表明动物和人类之间的CREC的关联和传播。我们假设CREC首先出现在临床环境中，然后被引入家畜动物，这是CREC持久性的有利宿主这导致CREC在人类和动物之间通过食物链或环境载体（生物和/或非生物）进行循环最常见的碳青霉烯酶类型第三，我们直接分析-破坏了动物和人类感染之间的联系，yhttp://baogao.chinabaogao.com/xumuye/291653291653.html。Y. Shen，F.Hu，Y.Wang等人工程15（2022）2432致谢这项工作得到了中国国家自然科学基金（81991535，81861138051和 81871690 ） 和 英 国 MRC DETER-XDR-China-HUB （ MR/S013768/1）的部分资助。作者Yang Wang，Fupin Hu，Jianzhong Shen，and Timothy R.沃尔什设计了这项研究。Yingbo Shen，Fu pin Hu，Dandan Yin，LuYang，Yiqiang Chen，Chunyan Xu，Jiyun Li，Junyao Jiang，Xueyang Wang ， Yulin Fu ， Dongyan Shao ， Zhangqi Shen ，Shaolin Wang，Juan Li，Rong Zhang，and Congming Wu收集了这些数据。Yingbo Shen，Fupin Hu，Yongqiang Wang，Lu Yang，Dejun Liu ， Tengfei Ma ， Chang Cai ， Timothy R. Walsh 、Jianzhong Shen 和 Yang Wang 分 析 并 解 释 了 这 些 数 据 。 YingboShen，Yang Wang，and Timothy R. 沃尔什写了手稿。所有作者均审查、修订并批准了最终报告。遵守道德操守准则Yingbo Shen，Fupin Hu，Yongqiang Wang，Dandan Yin，LuYang，Yiqiang Chen，Chunyan Xu，Jiyun Li，Junyao Jiang，Xueyang Wang，Yulin Fu，Dongyan Shao，Dejun Liu，TengfeiMa，Chang Cai，Zhangqi Shen，Shaolin Wang，Juan Li，RongZhang，Yuebin Ke ，Congming Wu，Jianzhong Shen，TimothyR.Walsh和Yang Wang声明他们没有利益冲突或财务冲突需要披露。附录A.补充数据本文的补充数据可在https://doi.org/10.1016/j.eng.2021.07.030上找到。引用[1] El-Gamal MI，Brahim I，Hisham N，Aladdin R，Mohammed H，BahaaeldinA. 碳青霉烯类抗生素的最新进展。 Eur J Med Chem 2017;131：185-95.[2] 放大图片作者：Peter F，D'Souza AW，Dantas G.耐碳青霉烯类肠杆菌科的快速传播。耐药性更新2016;29：30-46。[3] StewardsonAJ，Marimuthu K，Sengupta S，Allignol A，El-Bouseary M，CarvalhoMJ，et al.碳青霉烯耐药性对低收入和中等收入国家肠杆菌科引起的血流感染结局的影响（PANORAMA）：一项多国前瞻性队列研究。柳叶刀感染疾病2019;19（6）：601-10。[4] CDC. 美国的抗生素耐药性威胁，2019年[互联网]。亚特兰大，佐治亚州：美国卫生与公众服务部，CDC; 2019年12月[引用2020年11月1日]。可从以下网址获得：https://www.cdc.gov/drugresistance/Biggest-Threats HTML.[5] WHO.世界卫生组织公布了急需新抗生素的细菌清单。日内瓦：世界卫生组织;2017 年 2 月 27 日 [ 引 用 于 2020 年 11 月 1 日 ] 。 可 从 以 下 网 址 获 得 ：https://www.who.int/news/item/27-02-2017-who-published-list-of-bacteria-for-which-new-aptics-are-urgently-needed。[6] 多伊·约夫列娃耐碳青霉烯类肠杆菌科。临床实验室医学2017;37（2）：303-15。[7] 吴伟，冯毅，唐戈，乔锋，麦克纳利，宗宗。NDM金属β-内酰胺酶及其在卫