在抗生素与细菌的漫长军备竞赛中，耐药基因的进化策略始终是微生物学研究的前沿焦点。随着ceftazidime/avibactam（CZA）等新型β-内酰胺酶抑制剂复合制剂应用于临床，病原菌通过不断"升级"耐药基因予以反击，其中blaCTX-M型超广谱β-内酰胺酶（ESBLs）的变异尤为活跃。尽管基因水平转移和质粒传播已被广泛认知，但耐药基因在质粒上的空间组织方式如何影响细菌进化适应性，仍是未被揭示的关键科学问题。发表在《Nature Communications》的研究通过发现临床肺炎克雷伯菌（Klebsiella pneumoniae）中blaCTX-M变体在同一质粒上的异质多拷贝现象，为理解细菌在波动抗生素压力下的生存策略提供了新范式。
本研究主要采用临床菌株分离与全基因组测序确定耐药基因布局，通过质粒构象分析结合荧光定量PCR技术量化基因拷贝数动态，利用抗生素梯度培养实验观察克隆群体中blaCTX-M变体比例变化，并建立数学模型模拟不同质粒布局下的进化适应性。样本为对CZA耐药的临床肺炎克雷伯菌分离株。
耐药基因的质粒空间布局特征
通过对CZA耐药菌株的基因组分析，发现blaCTX-M-249（介导CZA耐药的关键变体）与其高度同源的blaCTX-M-65共同存在于同一质粒的两个特异位点，形成异质多拷贝结构。克隆群体内两个变体呈现动态均衡，其相对比例随抗生素压力发生适应性调整。
单质粒多拷贝的优势机制
实验表明，相比分散在不同质粒的基因布局，同一质粒上的异质多拷贝结构在抗生素切换环境下表现出更稳定的遗传特性和生长竞争优势。数学模型进一步揭示该布局可通过减少质粒丢失风险、优化基因剂量调节，显著增强菌群在波动药物压力下的适应韧性。
临床耐药进化策略的普适性验证
对大规模细菌基因组数据的重新分析证实，blaCTX-M变体在同一质粒形成多拷贝的现象在不同病原菌中普遍存在，提示这是一种进化保守的适应性策略，可能广泛参与临床耐药性的长期维持和传播。
该研究系统论证了β-内酰胺酶基因通过单质粒多拷贝异质化的创新进化机制。这种空间布局不仅保障了耐药基因的稳定遗传，更通过基因剂量调控和功能互补，使菌群在临床抗生素的动态压力下获得显著进化优势。研究从质粒拓扑结构维度深化了对细菌适应性进化的理解，为遏制耐药传播提供了新的理论靶点。
