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碳青霉烯类耐药肠杆菌科细菌（Carbapenem-resistant Enterobacteriaceae,CRE）在全世界广泛传播,能用于治疗CRE所致感染的抗生素非常有限,一直是临床和公共卫生部门亟待解决的难题。产碳青霉烯酶是CRE的核心耐药机制之一,NDM是其中的一种重要金属酶。移动元件是介导bla NDM广泛快速传播的重要载体,其中质粒扮演了极其重要的角色,IncFⅡ型多复制子质粒广泛存在于肠杆菌科菌株中,是CRE中常见的携带bla NDM基因的质粒。除质粒外,CRE菌株染色体上携带bla NDM的移动元件结构复杂,类型多样,但对其研究较少。本研究对全国范围收集的CRE菌株通过鉴定药敏实验、产碳青霉烯酶类型检测,耐药基因的PCR扩增等实验进行初步筛查,进一步通过全基因组测序手段获得全基因组数据进行生物信息学分析。对携带bla NDM的新型移动元件进行遗传学和基因组学研究,明确各移动元件类型,解析其内部复杂的精细结构及进化关系,探讨其在介导bla NDM基因在肠杆菌科细菌中流行传播的作用。第一章对筛选出的四株染色体上携带blaNDM的肠杆菌科细菌进行研究,发现位于染色体上的六个移动元件(其中四个携带bla NDM),并纳入Gen Bank中六个相关的耐药移动元件进行分析。12个移动元件共分为五种类别:1)新的IME Tn6588;2)两个相关IME Tn6523（SGI1）和Tn6589;3)四个相关ICE Tn6512（R391）、Tn6575（ICEPvu Chn BC22）、Tn6576和Tn6577;4)Tn7及其两个变体Tn6726和Tn7-related element51003;5)两个相关IME Tn6591（GIsul2）和Tn6590。对这五大类染色体整合的移动元件进行了的比较基因组学分析,在这12个移动元件中发现至少18个不同类别共51种抗菌药物和重金属的相关抗性基因。六个携带bla NDM的遗传元件Tn6588、Tn6589、Tn6575、Tn6576、Tn6726和Tn7-related element51003均携带巨大的附属多药耐药（Mutidrug resistance,MDR）区,每个MDR区均为复杂的马赛克结构,包括各种完整的和残余的移动遗传元件,如插入序列、单元和复合转座子、整合子和耐药单元。核心bla NDM遗传环境发现四种不同的Tn125变异体,它们通过两种方式整合在染色体的移动元件中:1)Tn125通过转座的方式直接整合到染色体外源移动元件中,进一步通过插入和截短等模块修饰而形成;2)Tn125的变异体被ISCR1捕获,整合到染色体外源移动元件的复杂整合子中。此外发现多个拷贝的Tn125变异体存在于Tn6576、Tn6588、Tn6589和Tn7-related element51003中。本章研究首次在雷氏普罗维登斯菌、奇异变形杆菌和肺炎克雷伯杆菌中分别发现新型的携带bla NDM的IME Tn6588、Tn6523相关IME Tn6589和Tn6512相关ICE Tn6576。发现并命名了19个新的移动元件:1)本实验室首次测序发现:三个新ICE Tn6576、Tn6577和Tn6582,两个新IME Tn6588和Tn6589,两个新复合转座子Tn6580a和Tn6580b,一个新In1718。2)本研究中命名,但不是首次测序:一个IME Tn6590;五个复合转座子Tn6578、Tn6581a、Tn6581b、Tn6581c和Tn6728;三个单元转座子Tn6727、Tn6909和Tn6911;插入序列ISPvu1;以及Tn7-related element51003。第二章对筛选出的大肠埃希菌28078和肺炎克雷伯杆菌A1706进行研究,获得两个携带bla NDM的IncFⅡR100型多复制子质粒p28078-NDM和p A1706-NDM。并纳入了本实验室前期筛查的IncFⅡR100型多复制子质粒p5571-MDR和p61806-dfr A以及参考质粒R100。与参考质粒R100相比,p5571-MDR携带IncFⅡR100、IncFIA、IncFIB三种型别质粒的骨架,p61806-dfr A和p28078-NDM携带IncFⅡR100和IncFIA两种型别质粒骨架,p A1706-NDM携带IncFⅡR100和Inc R的骨架。不同的是,p A1706-NDM具有非常完整的Inc R骨架,但是该骨架位于复合转座子Tn7061中,其通过IS26介导的同源重组整合到p A1706-NDM中。IncFⅡR100型多复制子质粒均包含多个外源插入位点,核心外源耐药区均含有多个拷贝的IS26,形成复杂的MDR区或IS26介导的复合转座子。除了复杂的耐药区外,质粒p61806-dfr A、p28078-NDM和p A1706-NDM还携带毒力基因簇（arc、eit、iron）。p28078-NDM和p A1706-NDM中的bla NDM分别存在于两种不同的截短的Tn125变异体中,它们均被插入序列ISCR1捕获,再整合到复杂性整合子中。本章中新发现和命名了两个移动元件Tn7065和携带bla NDM的Tn7061。综上所述,本研究发现肠杆菌科细菌染色体中多个不同类别的携带blaNDM的新移动元件,这些编码NDM的移动元件内部结构极其复杂,除了携带bla NDM基因以外,还携带大量其它种类的耐药基因。IncFⅡR100型多复制子质粒骨架区具有非常复杂的马赛克结构,并有多个外源插入位点,含有多个骨架区是IncFⅡR100多复制子质粒携带多个外源插入区的主要原因。IS26通过大量复杂的同源重组和转座在介导IncFⅡR100型多复制子质粒的MDR区的形成中具有重要作用。除了常携带耐药基因外,IncFⅡR100型多复制子质粒常携带毒力基因,是耐药基因和毒力基因传播的重要载体。染色体和IncFⅡR100多复制子质粒中携带bla NDM的内部核心元件为Tn125,它具有多种不同截短的变异体形式,通过直接转座或ISCR1捕获两种核心机制整合入耐药移动元件中。这些耐药移动元件一旦快速在各菌种间传播开来,必将产生多药耐药甚至泛耐药细菌,对公共卫生安全造成巨大危害,应引起相关部门高度重视和给予相应的监测措施。本研究为CRE的后续耐药机制研究、流行病学研究及防治等提供了重要的理论依据。