2株碳青霉烯类耐药G-杆菌的基因组学研究

来源 :南方医科大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wangtantan121212
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研究背景与目的碳青霉烯类抗生素具有抗菌谱广和抗菌活性强两大特点,对超广谱β-内酰胺酶(ESBLs)和/或头孢菌素酶(AmpC酶)高度稳定,是预防和治疗重症感染的最主要用药。基于抗生素的选择压力,耐碳青霉烯G-杆菌广泛流行,这无疑限制了临床用药。在积极寻找对策的同时,多重耐药菌、新的耐药基因不断涌现,给临床治疗带来巨大挑战。为进一步研究耐碳青霉烯G-杆菌的耐药机制,为碳青霉烯酶基因突变、耐药性的水平转移与传播提供更充分的实验依据,为抗生素的合理使用提供实验室指导,对耐药菌株进行基因组学研究显得尤为重要。研究方法1.株菌来源与收集分离自我院检验科微生室2014~2015年接收粪便标本中的2株耐碳青霉烯G-杆菌。在含有4 μg/mL美罗培南(MEM)的麦康凯抗性平板上转种培养。通过纸片法于-80℃保存菌种。2.菌种鉴定与药物敏感性检测通过BD Phoenix 100全自动细菌鉴定仪进行种属鉴定和药物敏感性检测。3.全基因组的提取使用QIAGEN公司的细菌全基因组提取试剂盒获得细菌全基因组DNA。使用微量核酸蛋白浓度测定仪与琼脂糖凝胶电泳评估核酸浓度、纯度及降解程度。4.常见碳青霉烯酶基因的检测采用特异性引物,通过PCR检测常见碳青霉烯酶基因(NDM、KPC、SPM、VIM、IMP、OXA-48)及多粘菌素耐药基因(mcr),PCR产物测序确认基因亚型。5.高通量测序对细菌全基因组DNA进行高通量测序并组装。6.质粒接合转移试验耐叠氮化钠大肠埃希菌J53(E.J53)为受体菌,进行肉汤接合转移试验。于含有4μg/mL美罗培南(多粘菌素)和150μg/mL叠氮化钠的共筛查平板上筛查接合子,对阳性接合子进行E-test药敏试验以及相关耐药基因验证。7.基因组学分析通过软件预测编码基因,使用各大数据库进行基因注释、蛋白注释及功能注释,重点分析耐药基因。使用NCBI数据库的在线分析工具对核酸序列进行比较基因组学分析以及耐药基因周围环境分析。对新发现的金属β-内酰胺酶基因blaAFM-1进行碱基差异分析、进化分析及蛋白结构预测。8.新型金属酶基因功能验证化学合成目的基因连接到载体质粒上,通过克隆表达及改良Hodge试验进行功能验证。研究结果1.目标菌株分离自我院微生物室2015年粪便标本中1株耐碳青霉烯肺炎克雷伯菌NFYY0065,首次在该菌种中检测到碳青霉烯酶基因blaNDM-5与多粘菌素耐药基因mcr-1共存;分离自我院微生物室2014年粪便标本中1株耐碳青霉烯粪产碱杆菌AN70,检测到新类型金属β-内酰胺酶编码基因,将其命名为blaAFM。2.高通量测序在肺炎克雷伯菌中分离得到1条染色体、1条blaNDM-5阳性质粒、1条mcr-1 阳性质粒;在粪产碱杆菌中分离得到1条染色体、1条blaAFM阳性质粒。所有序列均已提交至GenBank数据库。3.质粒接合转移试验对疑似阳性接合子进行药敏试验以及耐药基因检测,表明耐药基因blaNDM-5、mcr-1与AFM及其质粒具有水平转移的能力。4.基因组学分析这2株G-杆菌均携带多种耐药基因。肺炎克雷伯菌中,blaNDM-5 基因形成基因簇“tnpA-IS3000-IS30-IS5-blaNDM-5-bleMBL-trpF-TAT-IS6-ISKox3”,位于IncX3型质粒;mcr-1基因由可移动元件ISAPl1介导,位于IncHI2型质粒。粪产碱杆菌中,新类型金属β-内酰胺酶基因blaAFM位于广寄主质粒IncW上,蛋白空间结构预测提示AFM酶活性中心双金属位点。5.新型金属酶基因功能验证阳性克隆菌株改良Hodge实验阳性,提示blaAFM转录翻译碳青霉烯酶。研究结论本课题对两株耐碳青霉烯G-杆菌进行基因组学研究,首次发现blaNDM-5与mcr-1共存于肺炎克雷伯菌,两质粒为不同的不相容群质粒,可稳定共存且具备水平转移与传播的能力;另外,本课题发现新类型金属β-内酰胺酶,将其编码基因命名为blaAFM,已提交至NCBI数据库,获得GenBank检索号MK143105。为探讨耐药基因进化、流行提供了新的实验室依据,凸显了规范应用抗菌药、监测耐药菌、防控院内感染的重要性。
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