携带oqxAB/blaCTX-M的多重耐药IncHI2质粒的特征及其遗传进化关系研究

来源 :华南农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:luther2006
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质粒能够使细菌群落快速适应变化的环境,故其在细菌的演化中扮演重要角色。质粒介导耐药基因水平转移在耐药性散播上起着重要作用,使得细菌耐药性问题日趋严重。IncHI2型质粒是肠杆菌中最为流行的介导耐药基因散播的质粒之一,其携带的多重耐药区常呈现马赛克结构,介导多种耐药基因和重金属耐受基因散播。然而,目前关于肠杆菌中IncHI2型质粒的流行与分布情况,质粒的分子特征,遗传进化关系以及多重耐药区形成机制等问题尚不清楚。本研究旨在了解食品动物源肠杆菌中IncHI2型质粒的流行分布情况以及携带该型质粒菌株的耐药情况,探求IncHI2质粒介导blaCTX-M/oqxAB以及重金属铜和银操纵子的传播机制,阐述oqxAB/blaCTX-M-IncHI2质粒全序列特征以及多重耐药区的形成机制,揭示IncHI2质粒的遗传进化关系。本研究对华南地区分离的2005株食品动物源肠杆菌中多重耐药IncHI2质粒的流行与分布情况进行全面调查,发现IncHI2型质粒检出率相对较低(126/2005,6.28%),阳性菌株主要为大肠杆菌(97.62%,123/126)。在126株阳性菌中,对8种以上抗菌药物耐药的菌株占80.16%,对头孢噻肟、庆大霉素、环丙沙星和喹乙醇的耐药率都在66%以上,多重耐药现象严重。126株阳性菌中floR的检出率最高,为84%;其次是blaCTX-M,检出率为73%,其中blaCTX-M-9G和blaCTX-M-1G的检出率分别为48%和25%;oqxAB、aac(6’)-Ib-cr以及qnrS的检出率依次为56%、49%和44%。表明携带IncHI2型质粒的菌株中ESBLs(blaCTX-M)、PMQRs(oqxAB,aac(6’)-Ib-cr以及qnrS)以及floR的流行性较高。从739株患病食品动物源大肠杆菌中,获得25株携带oqxAB/blaCTX-M-IncHI2质粒的接合子,其中13株oqxAB与blaCTX-M共存于IncHI2质粒上,进行协同转移。oqxAB/blaCTX-M常常与aac-(6’)-Ib-cr、floR、fosA3以及rmtB等基因协同转移,并且oqxAB/blaCTX-M-IncHI2质粒介导多重耐药的表型。oqxAB/blaCTX-M-IncHI2质粒较大,大小为260-380kb,并且多为融合质粒,最常见的组合是IncHI2和Inc FII(n=10),接着是IncHI2和IncN(n=6)。质粒的双位点分型(pDLST)显示介导oqxAB/blaCTX-M散播的IncHI2型质粒主要为ST3型(n=22),但是XbaI-RFLP酶切图谱呈现多样性,表明大多数质粒之间的遗传相似性差异较大,这可能是由于IncHI2质粒的多重耐药区的差异以及与其他类型的质粒发生融合导致的。在25株携带oqxAB/blaCTX-M的IncHI2质粒中,携带重金属操纵子pco和sil的质粒占20%,它们分别介导对CuSO4和AgNO3耐受性。IncHI2质粒上银操纵子遗传结构保守,而铜操纵子遗传结构存在缺失和截断,但是铜和银操纵子所在的遗传结构整体上很保守,并且tnsABCD-4.64-kbregion-silESRCBAP-1.29-kb region-pcoEABCDRSE(32kb)结构区域在IncHI2质粒和多种肠杆菌的染色体上都被发现且高度保守。这表明Tn7-like转座子可能通过转座介导铜和银操纵子在质粒和染色体间相互传播。通过进一步遗传进化分析,发现Tn7-like转座子可介导铜和银操纵子在多个国家不同来源的肠杆菌之间跨种属传播。挑选4个具有代表性的oqxAB/blaCTX-M-IncHI2质粒进行高通量测序并对质粒的全序列进行分析,揭示质粒pZ13T、pP2-3T和pA74T很可能是由IncHI2型质粒和IncFII型质粒通过IS26介导的同源重组而融合形成的。pP2-3T携带两个较大的多重耐药区分别为15.6kb和25.9kb,以及一个较大的毒力区为41.7kb。进一步采用质粒全序列以及核心基因组构建遗传进化树,对本研究和GenBank数据库中的46个具有全序列的IncHI2质粒遗传进化关系进行分析,显示主要分为两大支,同一ST型IncHI2质粒之间的遗传关系相对较近,尤其是主要由ST3-IncHI2质粒和ST1-IncHI2质粒组成的两大组群中的质粒之间遗传关系最为相近,但是ST2型IncHI2质粒之间遗传关系相对较远。IncHI2质粒遗传进化、ST型与携带耐药基因之间存在一定联系。从整体上看,主要由ST3-IncHI2和ST1-IncHI2型质粒分别组成的组群携带的重要耐药基因的数目最多,oqxAB和fosA3是ST3-IncHI2组群中特有的流行基因,ST1-IncHI2组群携带多种对第三代头孢菌素敏感性降低的β-内酰胺类耐药基因。由ST2和ST4型IncHI2质粒组成的其它组群携带的重要耐药基因相对较少。本研究首次对携带oqxAB/blaCTX-M的Inc HI2质粒介导重金属耐受因子协同传播的机制开展了研究,并采用质粒的全基因组以及核心基因组构建遗传进化树的方法系统深入地分析分子量较大的多重耐药IncHI2质粒的遗传进化关系,为评估畜禽养殖场中头孢菌素以及氟喹诺酮类药物的使用对动物源病原菌耐药性传播的影响以及重金属微量元素用于动物饲料添加剂对多重耐药菌的出现与维持的影响提供参考依据,为减缓多重耐药肠杆菌耐药性的发展以及探索新的耐药控制策略提供科学指导。
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