無論他們嘗試什麼方法，英國伯明翰伊麗莎白女王醫院的工作人員都無法平息耐多藥病原體的爆發。經過令人難以置信的 40 周，感染控制專家擔心，如果他們無法控制住局面，鮑曼不動桿菌可能會像許多醫院中的耐多藥艱難梭菌一樣，成為醫院的永久居民，等待任何患者。
又過了 40 周，工作人員才打破了這種僵局，宣佈醫院擺脫了一種被認為是最難控制的病原體。鮑曼不動桿菌可導致菌血症、肺炎和腦膜炎等感染併發症。為了控制它，需要像尋回犬一樣追蹤細菌從患者到患者、從房間到房間、甚至到特定裝置上的移動，同時注意細菌基因組中的微小變化。目前，這項技術正在世界各地的醫院中推廣，用於對抗各種耐多藥細菌。
最近發表在《基因組醫學》雜誌上的有關這些技術如何最終破解伊麗莎白女王醫院病例的詳細資訊表明，美國疾病控制與預防中心將如何利用全基因組測序來阻止耐多藥感染的傳播，甚至包括髮生在廣泛地區的食源性細菌事件。
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伊麗莎白女王醫院的疫情於 2011 年開始，起初讓感染控制人員感到困惑。“我們覺得我們或多或少控制住了它，然後又會出現一些持續傳播，”該醫院感染控制工作的負責人貝麗爾·奧本海姆說。“在某些情況下，傳播途徑很明顯：患者在病房裡彼此相鄰。但在其他情況下，情況並不明朗。這意味著您要嘗試將注意力集中在所有事情上。”
奧本海姆將該細菌的樣本送到英國國家參考圖書館，該圖書館對細菌進行了鑑定並分配了一個編號。這個編號是 27，這意味著這是伊麗莎白女王醫院第 27 次將鮑曼不動桿菌的新菌株送到實驗室。為了解決 27 號問題，奧本海姆求助於華威大學醫學院的醫學微生物學家馬克·帕倫。帕倫瞭解不動桿菌。“我們已經在該領域取得了一些進展，”他說。
全基因組測序，即快速且廉價地讀取生物體遺傳密碼的能力，直至最後一個 A、T、G 或 C（腺嘌呤、胸腺嘧啶、鳥嘌呤和胞嘧啶——構成遺傳核糖的核苷酸），使帕倫的小組能夠發現小到一個核苷酸的基因改變。透過對每位患者的細菌進行測序，帕倫可以將這些變化繪製到一種細菌家譜中。這個家譜使他能夠透過觀察每個細菌樣本與下一個樣本的親緣關係來追蹤細菌如何在醫院中傳播。
帕倫此前在另一家醫院進行的一項醫院研究回顧了之前的一次疫情。伊麗莎白女王醫院的案例是一個即時追蹤罪魁禍首的機會。首先，帕倫回顧了細菌在他團隊介入之前在醫院的傳播過程。細菌樣本“來自同時在同一病房的患者。雖然我們不確切知道它是如何傳播的，但我們感覺很舒服，我們知道疫情是如何發生的，”帕倫說。然後事情開始變得有點奇怪。“隨著疫情的進展，”他解釋說，“很明顯，有些患者出現在疫情爆發的病房之外。”
雖然醫院工作人員遵循感染控制協議，但奧本海姆說，不動桿菌的特性使其容易被忽視。“要篩查人們並確定誰攜帶了它以及誰沒有攜帶它並不容易。不僅僅只有一個測試，”她說。用棉籤擦拭一點皮膚進行細菌檢測並獲得無菌樣本並不能保證皮膚的另一部分沒有不動桿菌的棲息地。隨著帕倫的全基因組測序結果的出現，傳播模式也出現了。感染彼此沒有接觸的患者的細菌之間存在著不太可能的親緣關係。傳播發生在哪裡？
奧本海姆說，將醫院的電子病歷與序列資料配對提供了線索。記錄系統不僅儲存了用藥歷史和實驗室結果，還編入了患者住過的房間、接受治療的手術室以及他們使用的特殊裝置。一個資訊團隊獲取了患者的記錄（刪除了姓名），覆蓋了帕倫的全基因組序列資訊，並尋找了受感染患者的路徑交叉點。答案很快就出現了：這是一個經常用於燒傷受害者清創傷口的手術室。手術室的測試證實了這一點
當然，手術室會定期清潔，但不動桿菌“具有驚人的附著在表面上的能力，”奧本海姆說。它可以在幾乎任何東西上形成所謂的生物膜。生物膜，曾經被認為只可能在潮溼的環境中存在（想想：牙菌斑），是包裹在它們排洩的聚合物中的細菌群落。一些報告稱，生物膜比非生物膜細菌對殺菌劑的抵抗力高 100 到 1,500 倍。研究人員認為生物膜可能在許多醫院獲得性感染中發揮作用。例如，如果患者睡在之前住過感染不動桿菌、耐甲氧西林金黃色葡萄球菌 (MRSA) 或艱難梭菌的患者的床上，則在醫院感染的風險會增加 73%，所有這些都可能形成生物膜。
醫院工作人員關閉了手術室，並對其進行了徹底的清潔，包括通風系統。幾周內沒有出現新的感染。但奧本海姆還沒有準備好宣佈勝利。疫情通常發生在燒傷、事故和整形外科患者中。“這些都是住院時間非常長的患者，所以你永遠不能完全放鬆，”她說。她的謹慎被證明是必要的。不久之後，又爆發了另一次疫情。這一次，帕倫的全基因組測序和資訊分析將傳播鎖定在燒傷患者使用的特殊病床上。從那裡，細菌再次在手術室定殖。這次，工作人員加強了對病床和手術室的清潔。幾周後，醫院終於能夠宣佈疫情得到解決。它持續了 80 周——大約一年半。
奧本海姆認為，資訊學和全基因組測序對於控制各地醫院的傳染病爆發至關重要。“我認為這才是未來。這將為感染預防團隊提供額外的工具。”
帕倫和奧本海姆是另一項工作的一部分，該工作顯示了該方法的有效性，這一次在伊麗莎白女王醫院燒傷病房剛成立時，發現了銅綠假單胞菌爆發的來源。事實證明，該來源是管道中一個閥門上的生物膜，該閥門混合冷熱水以調節水溫並防止燙傷。“當然，這正是許多細菌喜歡的溫度，為它們提供了生長這些生物膜的理想場所，”奧本海姆說。
這些成功使全基因組測序成為美國抗擊耐抗生素細菌的新戰略的核心組成部分。9 月，白宮科學技術顧問委員會發布了一份報告，呼籲進行全基因組測序，以檢測感染的來源和傳播方式。為了擴大這種方法，該報告呼籲建立一個來自耐抗生素細菌的基因組序列參考集合，建立一個國家病原體監測實驗室網路，為加強計算方法提供資金，並由美國國立衛生研究院維護一個公開可用的基因組資訊資料庫。該報告與白宮的《國家抗擊耐抗生素細菌戰略》同時釋出，其中包括一項指示聯邦機構加大力度抗擊耐抗生素性的行政命令，以及一項為開發快速檢測以識別耐藥感染的 2000 萬美元獎金。
美國疾病預防控制中心高階分子檢測辦公室代理主任斯蒂芬·門羅說，利用敏感基因組測序追蹤病原體正在更廣泛地在感染控制中發揮越來越大的作用。“全基因組測序有點像是基因鑑定的終極手段，”他說。以前的工具無法檢測到揭示病原體家譜的核苷酸變化。“現在我們可以將可能發生在全國不同地方的事情聯絡起來，”他補充說，這在追蹤食源性疾病方面有很大幫助。
事實上，門羅說，美國疾病預防控制中心與美國食品和藥物管理局合作的目標之一是建立一個經過充分表徵的細菌菌株小組，已知這些菌株對許多抗生素的耐藥模式，並進行全基因組測序，為研究耐藥性或開發新抗生素建立一個參考集。美國疾病預防控制中心正在與州公共衛生部門合作開展這項工作，並且已經取得了一些重大進展，尤其是在李斯特菌方面，”他指出。“我們知道已經有一些州公共衛生部門具備進行全基因組測序的能力，我們正在與這些州合作，”他說。“這項技術也可能會最終出現在大型醫院中。”