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16S rRNA甲基化酶是近年在革兰氏阴性杆菌中新出现的介导对氨基糖苷类高度耐药的一类酶,qepA是另一种新报道的介导喹诺酮类药物低水平耐药的外排泵基因。现有研究表明qepA与16S rRNA甲基化酶基因rmtB位于同一转座子上,目前关于动物源分离株的16S rRNA甲基化酶基因和qepA的研究报道还比较少,尤其是关于两者的流行相关性、遗传特征和传播机制鲜有报道。本文旨在了解我国兽医临床中16SrRNA甲基化酶基因和qepA的流行相关性,进一步探讨两者的遗传特征和传播机制,为兽医临床合理应用氨基糖苷类药物和喹诺酮类药物,延缓这两类药物耐药的发展速度和减小耐药程度打下理论基础。
1、动物源分离株的16S rRNA甲基化酶基因和qepA的流行情况
采用PCR法对分离自广东、河南、福建、北京等地区的1605株不同食品动物来源的大肠杆菌,以及来自广东的316株宠物源肠杆菌科细菌(292株大肠杆菌、19株肺炎克雷伯氏菌、3株阴沟肠杆菌和2株枸橼酸杆菌)共1921株检测16S rRNA甲基化酶基因,结果rmtB的总检出率为11.1%(213/1921),armA的总检出率为0.6%(11/1921),未检测出其余5种基因型rmtA、rmtC、rmtD、rmtE和npmA。宠物源rmtB和armA的阳性率均比食品动物源的高,分别为21.2%和2.2%,9.1%和0.3%。结果表明,我国动物源肠杆菌科细菌主要流行的16S rRNA甲基化酶基因是rmtB,在不同动物来源细菌中的分布有一定差异。另外,本研究中发现35.7%(76/213)的rmtB阳性菌同时存在qepA,未检测到qepA单独存在的情况,充分说明rmtB和qepA联系密切。
采用琼脂稀释法测定了16S rRNA甲基化酶阳性菌对14种抗菌药物的敏感性,结果阳性菌对氨苄西林、萘啶酸、庆大霉素、阿米卡星、磺胺甲噁唑/甲氧苄啶、四环素和链霉素的耐药率达90.0%以上,对氯霉素、氟苯尼考、诺氟沙星、环丙沙星和新霉素的耐药率在50.0%~90.0%之间;对安普霉素和头孢噻肟的耐药率在50.0%以下。携带16S rRNA甲基化酶的阳性菌对阿米卡星和庆大霉素的MIC高达512μg/ml以上。
与食品动物源相比,宠物源阳性菌的头孢噻肟耐药率更高。74株宠物源16S rRNA甲基化酶阳性菌均检测到超广谱β-内酰胺酶(ESBLs)耐药基因,其中以blaTEM-1的检出率最高,其次是blaCTX-M-9G,再次是blaCTX-M-1G,另外1株armA阳性菌中同时检测到blaCTX-M-1G和blaSHV-12。结果说明宠物源比食品动物源细菌多重耐药现象更加严重。
2、rmtB和qepA的传播机制
采用脉冲场凝胶电泳(PFGE)、大肠杆菌系统进化分群、多位点序列分型(MLST)、接合实验、化学转化、接合子质粒限制性内切酶片段长度多态性分析(RFLP)以及Southern杂交等方法分别从垂直克隆传播和水平传播两方面研究rmtB和qepA的传播机制。PFGE结果表明16S rRNA甲基化酶阳性菌之间的亲缘关系具有较大差异。通过MLST方法发现四株来源于同一猪场的猪、饲养员及环境的菌株具有亲缘关系。分离自同一养殖场菌株的PFGE和MLST分型相同提示16S rRNA甲基化酶阳性菌存在克隆传播现象。对16S rRNA甲基化酶阳性菌进行大肠杆菌系统进化分群,结果表明,68.7%的菌株属于系统进化组群的A组,其次是B1和D组,分别为20.7%和10.0%。B2组只在一株携带rmtB和qepA的鸡源大肠杆菌中检测到。
通过接合转移和化学转化实验证明了rmtB和armA的可转移性,且qepA能随rmtB-同转移到受体菌中,部分blaCTX-M也可同时转移。rmtB和blaCTX-M多位于65kb左右的IncF33型质粒上,而rmtB和qepA多位于75kb左右的IncF2型质粒上。对接合子或转化子质粒进行EcoRI和Bam HI酶切,发现具有相同IncF亚型的质粒其酶切条带相同或相似,提示IncF型质粒是促进rmtB、qepA和blaC TX-M等耐药基因在不同来源菌株间水平传播、快速扩散的主要载体。
3、rmtB基因环境的初步分析
本研究采用PCR方法检测移动元件插入序列共同区ISCR,结果146株rmtB阳性菌中,44株检测到ISCR3,22株ISCR1阳性,3株同时携带ISCR1和ISCR3,4株armA阳性菌只检测到ISCR1,所有qepA阳性菌均能检测到ISCR3,提示ISCR3与qepA、rmtB密切相关,ISCR1与armA密切相关。
采用PCR-mapping方法对rmtB和qepA上下游环境序列进行分析。结果显示,rmtB的上游是Tn3转座子3’端的部分序列,被IS26插入而截断,且IS26插入的位点与已报道的都不一样。本研究中rmtB阳性菌均包含了部分Tn3序列、IS26、blaTEM-1rmtB、ISCR3和qepA,但其基因环境是否与已报道的一样,有待我们进一步研究。通过比较可知,不同国家和地区不同种细菌携带的rmtB和qepA具有相似的周边环境,而且携带这两种基因的质粒上都含有Tn3、ISCR3和IS26,推测这些移动元件在介导这两种耐药基因移动和传播方面起了重要作用。
4、全文结论
我国不同来源(食品动物、宠物)肠杆菌科细菌中16S rRNA甲基化酶基因rmtB的流行比较普遍,rmtB是造成国内动物源大肠杆菌对阿米卡星等氨基糖苷类药物高水平耐药的主要原因。携带qepA的菌株都同时携带rmtB,rmtB与qepA的关系密切。
rmtB和qepA以质粒的水平转移为主,但部分菌株也存在克隆传播。发现来自同一猪场的猪、饲养员和环境之间存在rmtB和qepA阳性大肠杆菌的克隆传播。
Tn3、IS26、ISCR3与rmtB、qepA密切相关;ISCR1与armA密切相关,提示这些移动元件对16S rRNA甲基化酶基因和qepA的传播起到重要作用。rmtB和qepA多位于75kb左右的相同或相似的可按合性IncF2型质粒上,而rmtB和blaCTX-M多位于65kb左右的相同或相似的IncF33型质粒上。动物源大肠杆菌同时携带rmtB和qepA将是一个严重的公共卫生问题,提醒我们应加强动物源细菌耐药性的监测和耐药机制研究。