由2种或2种以上病原微生物引起的多微生物感染在临床上虽然很常见，但相关研究较少。细菌感染的临床诊断通常只考虑主要的感染微生物，可能会忽略丰都较低的病原体。对病原体的了解主要来自纯培养实验室研究，这些研究对于了解单一物种感染意义重大，但几乎没有关于混合感染的动态信息。鉴于细菌群落的少数种群会对优势菌种的生理和行为产生重大的影响，因此了解多微生物感染中共存病原体的种间相互作用以及对毒力和抗生素耐药性的影响至关重要。

多项研究发现，多微生物感染可使病原菌感染的毒力和耐药性增加。有研究证明。在耐碳青霉烯类肠杆菌科的患者中，鲍曼不动杆菌和铜绿假单胞菌的合并感染比单一病原菌引起的感染耐药性和死亡率更高。鲍曼不动杆菌和肺炎克雷伯菌属于人体条件致病菌，可引起一系列类似的感染，包括呼吸道、尿路和血液感染，特别是在免疫功能低下的患者中。这2种病原菌通常在患者肺部形成生物膜，保护细菌免受宿主免疫、抗生素治疗等影响，从而使细菌获得强恢复力。但这2种病原菌的毒力机制存在一定差异。多胺在呼吸道病原体的毒性和生物膜形成中发挥重要作用，其中，1,3-丙二胺（DAP）是由鲍曼不动杆菌产生的主要多胺，可与不动杆菌属铁载体结合。而肺炎克雷伯菌产生的腐胺和尸胺可与转运体结合将阳离子烃类物质排出细胞。就与宿主细胞的相互作用而言，肺炎克雷伯菌通过产生脂多糖O抗原和多糖荚膜避免宿主免疫攻击；鲍曼不动杆菌通过过表达OmpA和Omp33蛋白，阻止完全自噬或将OmpA集中在外膜囊泡中，从而在宿主自噬体内存活，抵消宿主免疫反应。鲍曼不动杆菌和肺炎克雷伯菌在各种危及生命的感染中共存，且具有多种相同和特异的毒力机制，但关于它们的相互作用动力学的研究很少。

本研究旨在揭示鲍曼不动杆菌和肺炎克雷伯菌之间的互养作用，为阐明二者在多微生物感染中共存基础提供参考。

研究方法

本研究从一例人肺部感染中，分离出共存的鲍曼不动杆菌菌株AB6870155（简称鲍曼菌株）和肺炎克雷伯菌菌株KP6870155（肺克菌株），进行抗生素敏感性和交叉保护试验，通过物种特异性qPCR确定共培养比例，进行DNA测序和基因组分析，使用Biolog表型芯片分析，进行交叉喂养实验、RNA测序、转录组学分析。

研究结果

系统发育分析结果表明，鲍曼菌株与人痰分离株A85关系最为密切，肺克菌株与毒力菌株Bckp186（从一头患有急性乳腺炎的奶牛中分离出的肺炎克雷伯菌株）关系最为密切（图1）。

鲍曼不动杆菌在共培养生物被膜中占比较高（82%），具有明显的适应优势。与单物种培养相比，鲍曼不动杆菌共培养时能量代谢相关基因的表达水平显著增高，刺激反应、中心法则等代谢途径也相对增强（图2a）。

鲍曼不动杆菌单培养相比肺炎克雷伯菌单培养和共培养适应优势更明显（图2c）。物种特异性PCR结果表明，肺炎克雷伯菌在迟缓期和稳定期占生长优势，随后鲍曼不动杆菌的生长逐渐加快（图2d，2e）。

表型微阵列（PM）结果表明，肺炎克雷伯菌具有更高的代谢活性（图3a），能够利用101种不同碳源（图3b），且使用糖类作为碳源时呼吸活动最强。而鲍曼不动杆菌只能利用50种（图3b），使用氨基酸作为碳源时呼吸活动最强。相互给食试验（图3c）结果表明，鲍曼菌株只有在肺克菌株存在时才能生长（图3d），且肺克菌株产生的代谢终产物乙醇和乙酸可能充当鲍曼菌株的碳源。

共培养时发现鲍曼菌株和肺克菌株中参与生物被膜形成基因和压力反应基因的表达水平显著增强（图4a）。结晶紫生物被膜试验表明，单培养时鲍曼不动杆菌生物被膜形成能力高于肺炎克雷伯菌，但共培养时，肺炎克雷伯菌比例越高生物被膜形成越厚（图4b），这表明单培养生物被膜与共培养生物被膜之间的生物被膜结构可能存在差异。共聚焦激光扫描显微镜显示双物种生物被膜中可能存在两个细胞群（图4c），从而实现代谢物的有效转移和共享。

生物被膜能够通过相互给食交换遗传物质和营养物质，从而改变微生物群落中的抗菌药物耐药性，甚至对抗菌剂的交叉耐药性。鲍曼不动杆菌生物被膜形成能显著增强其对头孢噻肟的耐药性。当与AB6870155共享培养基时，KP6870155的生长明显高于在头孢噻肟治疗存在下的单独生长。这是由于AB6870155通过分泌头孢菌素酶对KP6870155进行头孢噻肟的保护，所以共培养时KP6870155在头孢噻肟治疗下的生长增强。

研究结论

本研究表明，相互保护、生物被膜形成和相互给食是鲍曼不动杆菌和肺炎克雷伯菌协同作用的机制。生物被膜基质能够充当代谢产物交换的媒介，使得鲍曼不动杆菌能够利用肺炎克雷伯菌的发酵副产物乙醇和乳酸进行生长。且鲍曼不动杆菌鲍曼菌株能够交叉保护肺炎克雷伯菌肺克菌株免受头孢噻肟抑制浓度的影响。同时肺炎克雷伯菌和鲍曼不动杆菌合并感染时可导致体内毒力增加。

头孢噻肟通常会杀死肺炎克雷伯菌，但本研究发现鲍曼不动杆菌通过交叉保护，使肺炎克雷伯菌免受头孢噻肟的抑制。整体来看，两种菌株之间的协同相互作用似乎使平衡倾向于合作而不是种间细菌竞争，但由此引起的多微生物感染可能会对感染患者造成严重负面影响。因此，在抗生素给药之前，需要识别多种微生物感染并测试共存感染病原体的交叉保护，可确保实施最有效的方案，并且大幅降低共存感染病原体交叉保护所引起的治疗顽固性可能。

参考文献

Semenec L, Cain AK, Dawson CJ, et al. Cross-protection and cross-feeding between Klebsiella pneumoniae and Acinetobacter baumannii promotes their co-existence. Nat Commun. 2023;14(1):702. Published 2023 Feb 9. doi:10.1038/s41467-023-36252-2

文稿撰写：Icy

文稿校对：Tiva

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