肺炎克雷伯菌质粒pKP18-125的测序及分析

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目的:  本论文从携带氟苯尼考抗性基因floR且高耐氟苯尼考的临床分离的人源肺炎克雷伯菌(KP18)入手,通过高通量测序以及生物信息学分析方法分析及预测floR基因相关序列的来源及在不同来源菌株的分布;探讨floR基因相关可移动DNA元件的结构及其水平转移的分子机制。为以后分析floR基因相关可移动DNA元件结构的演变规律和分子进化打下基础,也为研究细菌耐药性播散及多重耐药性的形成提供更多的实验证据。  方法:  1. MIC实验检测临床分离人源肺炎克雷伯菌对氟苯尼考的抗性,PCR实验筛选floR基因阳性菌株,接合转移实验检测耐药性质粒的水平转移。  2.对可接合转移质粒pKP18-125进行二代测序(HiSeq2000)和三代测序(Pacific Bioscience单分子测序),拼接得到完整的质粒基因组序列。  3.利用生物信息学技术与软件分析对目的质粒pKP18-125的基因组序列进行注释。  4.收集NCBI数据库所有携带floR基因的质粒序列,通过比较基因组学分析,分析目的质粒与这些已经发表的含floR基因的质粒的关系及质粒序列的结构特点。  5.根据pKP18-125的结构,分析可变区的遗传变异规律和分子进化。  6.通过PCR和分子克隆实验,对pKP18-125携带的耐药性基因进行克隆表达,通过MIC实验检测耐药性基因的功能。  结果:  1.高耐氟苯尼考(MIC为≥1024μg/mL)肺炎克雷伯菌KP18携带一个编码floR、qnrB2、tetR、tetA等耐药性基因的质粒(pKP18-125),该质粒可通过接合转移实验转移至大肠艾希菌EC600,得到接合子EC600-pKP18。  2. pKP18-125为一大小为125,329bp的环状DNA分子,平均GC含量为53%,编码151个ORFs,其中编码已知功能蛋白基因116个,编码未知功能蛋白基因35个。  3.根据质粒的结构和编码基因的功能,可将其分为四个区域:可变区,接合区,转移前导区,复制区。  4.与数据库已发表的质粒基因组比较分析发现,pKP18-125与质粒来自大肠杆菌的质粒pk1hv(NC_020087)和pT078(GQ214053)高度同源,其同源性达99%的序列覆盖度分别达各序列78%、60%以上。  5.对pKP18-125可变区域进行分析,该区域含有较多耐药性基因,且耐药性基因与可移动DNA元件(如转座子、整合子)相关。根据耐药性基因及其相关可移动DNA的结构,可将该区域粗略分为三个部分共6个单元。  6.对耐药区域编码的耐药性相关基因(包括floR、qnrB2,tetR,tetA)进行克隆,并检测其耐药性功能,结果显示克隆的耐药性基因都具有一定程度的耐药性。  结论:  1.本实验成功地测序分析了临床重要病原菌肺炎克雷伯菌的耐药性质粒DNA序列。通过质粒的进化分析发现本株菌的质粒与大肠艾希菌来源的质粒之间具有较高的同源性,因此推测该质粒可在不同种属细菌之间进行水平转移。  2.根据质粒的结构与基因功能信息可将质粒分为四个区域,即可变区、接合区、转移前导区、复制区。可变区存在6个单元的与耐药性基因相关的可移动DNA元件,可移动元件可在不同DNA分子,不同种属细菌之间进行转移,导致细菌的耐药性播散和多重耐药菌株的形成。  3.本次实验菌株为临床分离的人源病原微生物肺炎克雷伯菌,在其耐药性质粒上发现对兽用药物氟苯尼考高度耐药的floR基因,在国内外均未有人源肺炎克雷伯菌携带floR基因的报道。因此,本文实验结果具有一定的创新性。  4.临床重要病原菌的多重耐药性质粒研究,无论对于研究细菌耐药机理和致病机理或是指导兽医合理用药,都具有重要意义。
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