次世代定序偵測沙門氏桿菌之抗生素抗性

非傷寒性沙門氏菌（NTS）是最常見的細菌性腸道病原體之一。他在人類及其他動物都有顯著的發病率和死亡率。然而，其抗生素抗性對於此種細菌感染的臨床治療帶來莫大的挑戰。此外，傳統的藥敏試驗曠日費時且需要許多具有專業訓練的技術人員執行，因而拖慢臨床決策效率。由於細菌能夠透過自身基因突變或是從外界獲取抗藥性基因而對藥物產生抗性，本研究利用次世代定序（NGS）來識別潛在的基因標記以檢測細菌的抗藥性。我們的目標是提供一個執行策略，用以開發高效率、低成本的診斷工具以檢測細菌抗藥性。
首先，我們從雙和醫院小兒胃腸科病房取得19位的病人同意後，蒐集他們的糞便檢體並分離出其感染的沙門氏菌作為發現集，其中包含8隻對ampicillin 有抗藥性、2隻有ceftriaxone抗性，以及1隻對ciprofloxacin有抗性。我們一方面將對分離出的細菌株進行藥敏試驗，一方面萃取他們的DNA進行次世代定序。經過數據處理後，我們將發現集的DNA序列與線上抗藥性基因資料庫ResFinder比對。我們發現了存在有blaTEM176, blaCMY2, blaCARB2, blaTEM1B, ampC 或 blaPSE1 任一基因，與對ampicillin的抗藥性具有關聯性；而blaCMY2 and ampC 則只存在於具有ceftriaxone抗性的細菌株。接下來我們針對這些基因設計引子並蒐集了另外30位病人的檢體做為驗證集，利用聚合酶連鎖反應（PCR）檢測這些基因是否存在於驗證集細菌株的DNA中。最後，我們針對結果，計算以這些基因的存在作為預測抗生素抗性的敏感性及特異性。利用存在有blaTEM176, blaCMY2, blaCARB2, blaTEM1B, ampC 或 blaPSE1 任一基因作為ampicillin抗性的預測，其敏感性高達90%，特異性則有80%。
此外，我們透過文獻搜尋，找到過去報導與抗生素抗性相關的基因突變，並將發現集菌株的DNA序列利用BLAST與之比對。在具有ciprofloxacin抗性的菌株中，我們發現了兩個未曾被發現過的突變點：一是parC g.1307delA ，此讀框轉移突變會造成轉譯出的胺基酸序列與原本完全不同；另外則是parE g.1031C>T，會造成轉譯出的胺基酸從丙胺酸變成纈胺酸。同時，兩個在先前文獻報導過的突變點在本次研究也被再次觀察到 (gyrA g.248C>T 和 parC g.170C>G)。此外，另兩個先前報導過與ciprofloxacin抗性相關的突變在本次研究中同時在對ciprofloxacin具抗性及不具抗性的菌株都有觀察到 (parC g.170C>G 和gyrB g.2044del)，暗示其可能不是造成細菌ciprofloxacin抗性的主要變異。
總結而言，本研究提供一個執行策略用以發展可靠、有效且較低成本的方法，以檢測抗生素抗性。若未來能應用到全球各地，或許能減緩抗生素抗性的問題。另外，本研究新發現與ciprofloxacin抗性相關的突變，需進一步製造基因重組細菌，以確認真正造成ciprofloxacin抗性的突變為何。