Genotoxic Klebsiella pneumoniae in Taiwan

PLoS One. 2014 May 22;9(5):e96292.

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/24852749

研究在問什麼問題？
在完成 Klebsiella pneumoniae 1084 的完整基因體定序後，我們注意到其染色體上存在一段結構與功能都相當不尋常的 genomic island。過去多項流行病學研究指出，K. pneumoniae 引起的肝膿瘍與宿主日後罹患癌症的風險之間存在統計上的關聯，但背後的生物學機制並不清楚。本研究關注的是，K. pneumoniae 是否可能透過特定基因體區段，對宿主細胞造成直接的 DNA 層級影響，進而提供一個潛在的解釋。

使用了什麼方法？
我們首先在 K. pneumoniae 1084 的全基因體序列中，辨識出一段長約 208 kb 的 genomic island（命名為 KPHPI208），其中包含與 Escherichia coli pks gene cluster 同源的 colibactin 生合成模組。為確認該基因區段是否具有功能性，我們結合分子生物學與細胞實驗，進行 clbA 基因的缺失與互補分析，評估其是否與宿主細胞 DNA 損傷相關；同時，也利用 PCR 調查台灣臨床 K. pneumoniae 分離株中 pks gene cluster 的盛行率。

這篇研究的主要貢獻
研究結果顯示，K. pneumoniae 1084 所攜帶的 KPHPI208 由多個功能模組組成，其中一個模組與 E. coli 的 colibactin gene cluster 完全相同。在細胞實驗中，1084 感染肝細胞後可誘發 DNA 損傷的指標反應（H2AX 磷酸化），而刪除 clbA 後該現象消失，並可在互補後恢復，證實該基因簇具有實際的 genotoxic 活性。進一步的臨床株分析顯示，台灣分離的 K. pneumoniae 臨床株中約有 25.6% 攜帶 pks gene cluster，比例明顯高於歐洲報告，且與 K1 血清型高度相關。

整體而言，這項研究首次在台灣臨床 K. pneumoniae 中系統性地證明 pks／colibactin gene cluster 的存在與功能，並提出 K. pneumoniae 可能不僅透過傳統毒力因子致病，亦可能在感染過程中對宿主細胞造成基因體層級的損傷，為過去觀察到的肝膿瘍與癌症風險之間的關聯，提供一個具有生物學基礎的假說。