ニューデリーメタロベタラクタマーゼ（NDM）の局所伝播とグローバルな普及：全ゲノム分析

背景：非常に多様なグラム陰性細菌株に見られるように、重大な死亡率と厳しく限られた治療選択肢に関連するプラスミド媒介カルバペネマーゼ遺伝子であるニューデリーメタロ-β-ラクタマーゼ（BLA NDM）。したがって、この研究は、BLA NDMの局所的および世界的な拡散を遺伝的に特徴付けることを目的としています。 方法：単一の病院のコンテキストで局所伝達パターンを調査するために、地元の病院で分離された最初の11のBLA NDM陽性細菌の全ゲノムシーケンスデータを分析しました。（1）BLA NDM陽性プラスミドを特定して比較します。（2）細菌染色体の系統発生関係を研究する。グローバル分析は、NCBIデータベースで2749の完全なプラスミド配列（39のBLA NDM陽性プラスミドを含む）を分析することにより実施されました。ここで、次のとおりです。（2）各クラスター内の系統発生関係を推測するために、各BLA NDM陽性プラスミドクラスターについて系統発生研究が実施されました。（3）異なるプラスミド骨格にBLA NDMを導入する遺伝子転置イベントが同定されました。（4）クラスタリングパターンは、プラスミドの非互換性グループおよび地理的分布と相関していた。 結果：単一の病院からの最初の11のBLA NDM陽性分離株の分析により、非常に低いBLA NDM陽性プラスミドの多様性が明らかになりました。局所伝達は、プラスミドの導入の2つの散発性インスタンスを備えた主要なプラスミドのクローン広がりによって特徴付けられました。ローカルでの多様性が低いこととは対照的に、グローバルなBLA NDMの広がりは、主要な細菌クローンのない顕著なプラスミドの多様性が含まれていました。2749の完全なプラスミド配列のうち39個（1.4％）はBLA NDM陽性であり、プラスミドの非互換性グループと地理的分布に関連する7つのクラスターに分解できました。BLA NDM遺伝子モジュールは、少なくとも6つの独立した機会に異なるプラスミド骨格間で動員することが目撃されました。 結論：我々の分析により、Bla ndmスプレッドの複雑な遺伝的経路が明らかになり、主にさまざまなプラスミドにBla ndm遺伝子カセットを転置することを特徴とする全体的な普及がありました。プラスミドの導入後の初期の局所伝達は、プラスミドの結合と細菌の拡散によって特徴付けられます。私たちの発見は、Bla ndmの拡散を理解する上でのプラスミド分子疫学の重要性を強調しています。

BACKGROUND: New Delhi metallo-β-lactamase (bla NDM), a plasmid-borne carbapenemase gene associated with significant mortality and severely limited treatment options, is of global public health concern as it is found in extremely diverse Gram-negative bacterial strains. This study thus aims to genetically characterize local and global spread of bla NDM. METHODS: To investigate local transmission patterns in the context of a single hospital, whole genome sequencing data of the first 11 bla NDM-positive bacteria isolated in a local hospital were analyzed to: (1) identify and compare bla NDM-positive plasmids; and (2) study the phylogenetic relationship of the bacteria chromosomes. The global analysis was conducted by analyzing 2749 complete plasmid sequences (including 39 bla NDM-positive plasmids) in the NCBI database, where: (1) the plasmids were clustered based on their gene composition similarity; (2) phylogenetic study was conducted for each bla NDM-positive plasmid cluster to infer the phylogenetic relationship within each cluster; (3) gene transposition events introducing bla NDM into different plasmid backbones were identified; and (4) clustering pattern was correlated with the plasmids' incompatibility group and geographical distribution. RESULTS: Analysis of the first 11 bla NDM-positive isolates from a single hospital revealed very low bla NDM-positive plasmid diversity. Local transmission was characterized by clonal spread of a predominant plasmid with 2 sporadic instances of plasmid introduction. In contrast to the low diversity locally, global bla NDM spread involved marked plasmid diversity with no predominant bacterial clone. Thirty-nine (1.4 %) out of the 2749 complete plasmid sequences were bla NDM-positive, and could be resolved into 7 clusters, which were associated with plasmid incompatibility group and geographical distribution. The bla NDM gene module was witnessed to mobilize between different plasmid backbones on at least 6 independent occasions. CONCLUSIONS: Our analysis revealed the complex genetic pathways of bla NDM spread, with global dissemination characterized mainly by transposition of the bla NDM gene cassette into varied plasmids. Early local transmission following plasmid introduction is characterized by plasmid conjugation and bacterial spread. Our findings emphasize the importance of plasmid molecular epidemiology in understanding bla NDM spread.