金属离子抑制细菌整合子捕获耐药基因盒的机制研究

【目的】探索金属离子对整合子捕获耐药基因盒的影响及其相关机制。【方法】在大肠埃希菌中构建一个1类整合子捕获耐药基因盒的体内模型。通过实时荧光定量PCR(real-time fluorescence quantitative PCR,RT-qPCR)测定不同浓度银(0.3、0.9、1.5μg/mL的Ag+)和铜离子(5、50、100、150、210μg/mL的Cu²⁺)干预后实验组和无金属离子干预对照组整合子整合频率,并用表型筛选法验证。利用质谱法测量细菌吸收的金属离子浓度,并进一步通过转录组测序方法分析银离子抑制细菌整合子捕获耐药基因盒的分子机制。【结果】qPCR和表型筛选法的结果表明,0.9μg/mL银离子组整合频率为9.42×10^-5(6.49×10^-5,1.44×10^-4),1.5μg/mL银离子组整合频率为7.29×10^-5(4.45×10^-5,9.03×10^-5),与对照组2.59×10^-4(2.24×10^-4,3.33×10^-4)相比整合频率明显降低,差异有统计学意义(P<0.001)。而不同浓度铜离子组与对照组没有明显差异。转录组测序方法对银离子作用前后大肠杆菌基因表达水平进行对比分析,通过GO功能和KEGG通路富集发现,差异表达基因与甲基半乳糖苷转运(methylgalactoside transport)、麦芽糖转运(maltose transport)、磷酸烯醇式丙酮酸-甘油磷酸转移酶活性(phosphoenolpyruvate-glycerone phosphotransferase activity)和甘油激酶活性(glycerone kinase activity)等功能有关以及涉及氨基酸糖和核苷酸糖代谢(amino sugar and nucleotide sugar metabolism)、鞭毛组装(flagellar assembly)、阳离子抗菌肽(CAMP)耐药性[cationicantimicrobial peptide(CAMP)resistance]、果糖和甘露糖代谢和磷酸糖转移酶系统[phosphotransferase system(PTS)]等代谢通路。通过蛋白互作网络筛选出前12个枢纽基因(ptsG、malE、lamB、lacZ、malK、basR、ais、ugd、nagE、metN、malQ和malF)。【结论】一定浓度银离子可以抑制整合子整合耐药基因盒。铜离子对整合频率影响不明显,因此不是所有具有杀菌性的金属离子都能对整合频率产生影响。银离子抑制细菌整合子捕获耐药基因盒可能是通过影响麦芽糖转运和碳分解代谢来调控。然而,碳分解代谢和麦芽糖转运过程很复杂,需要进一步研究。目前尚无细菌整合子转录组学相关研究,这为解决细菌耐药性问题提供了一个新的途径。     

整合子基因盒系统及β-内酰胺酶介导的细菌耐药

整合子是一个能捕获并整合细胞外游离基因盒,并可使之转化为功能性基因的新型DNA元件。这种可移动的基因元件通过水平基因转移的方式极大地加速了抗性基因在同种及不同种属之间的传播,造成细菌的耐药以至多重耐药问题日益严重,耐药机制日趋复杂。尤其对临床上使用较多的头孢菌素类、青霉素类等β-内酰胺类抗生素的耐药,已给人类健康造成巨大威胁,急需阐明其复杂的耐药机制。     

细菌整合子与移动性基因盒的研究进展

整合子是由整合酶基因、基因盒和基因盒附着位点三者组成的遗传元件.在整合酶介导下,整合子通过位点特异的重组系统获取并交换外源DNA(基因盒),即将基因盒整合到整合子上或将之从整合子上剪切下来,但是整合子本身不能够移动.本文综述了国外近年来关于整合子与基因盒的结构特征及其分类的研究近况,对了解整合子及与之密切相关的移动性基因盒在细菌的多重耐药和毒力研究中,尤其是在适应选择性压力下细菌基因组进化中的作用具有重要的意义.     

整合子与细菌耐药性的相关研究进展

整合子是广泛存在于细菌中的一种可移动基因元件,它可以捕获外来基因盒并使其在细菌体内得到表达,在细菌耐药性的传播过程中扮演着重要角色。过去研究认为,细菌耐药是在质粒及转座子~([1])等基因水平上广泛传播,近几年大量研究表明,细菌可通过位点特异性重组的方式将耐药基因盒捕获并整合到自身的染色体或者质粒DNA上,即细菌体内存在一种天然的基因克隆表达系统——整合子。细菌耐药的高频次出现已成为临床医疗工作中的瓶颈,整合子不仅在细菌耐药中起关键作用,而且在细菌适应性及基因进化中具有普遍又重要的意义。     

肠杆菌属细菌一类整合子及其基因盒特征

整合子是捕获、整合和表达外源基因的重要元件,可以加速抗生素抗性基因的传播。本研究分析了已完成全基因组测序肠杆菌属细菌一类整合子及其基因盒的存在情况与特征。实验表明,目前62个肠杆菌属细菌,包括40个阴沟肠杆菌、11个霍氏肠杆菌和11个其它肠杆菌都完成了全基因组测序,其中40.32%(25/62)肠杆菌属细菌含有一类整合子。在25个含一类整合子的肠杆菌中,72%(18/25)携带一个整合子,28%(7/25)含有多个整合子。25个肠杆菌共存在36个整合子,其中88.89%(32/36)位于质粒上,其余11.11%(4/36)位于染色体上。肠杆菌属细菌一类整合子整合酶基因(1 014 bp)高度保守,其中一个整合子整合酶基因发生了3碱基突变(3/1 014),7个发生2碱基突变(2/1 014),13个发生1碱基突变(1/1 014 bp),其余没有突变。25个含一类整合子肠杆菌共存在18种基因盒,其中dfrA1基因盒频率最高16.13%(10/62),其次是aadA1(8.06%, 5/62),接着是aacA27-ereA-IS1247-aac3-arr2-ereA基因盒(4.84%, 3/62),其他基因盒频率低于4.0%。本研究有助于了解一类整合子在肠杆菌属细菌产生抗生素抗药性中的重要作用。     

整合子与细菌耐药性

整合子是由1个编码整合酶的intI基因、2个基因重组位点、启动子和耐药基因盒组成,根据整合酶的DNA碱基序列的不同分为4类,它能通过位点的基因重组机制使耐药基因移动,传递细菌耐药性,并与多重耐药性相关。     

100例鲍曼不动杆菌的耐药性与整合子表达及耐药基因分析

目的 了解鲍曼不动杆菌的耐药性和整合子表达及耐药基因携带情况.方法 收集100株鲍曼不动杆菌,以VITEK-64系统鉴定细菌,并进行14种抗生素药敏试验,通过PCR法检测Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类整合酶基因(intI1、2、3)及Ⅰ类整合子可变区基因盒,并对基因盒测序.结果 除阿米卡星和头孢哌酮/舒巴坦,鲍曼不动杆菌对其他12种抗菌药物耐药率均大于60.0％,多重耐药率为88.0％.鲍曼不动杆菌整合酶基因阳性率为64.0％,均为intI1,整合子阳性菌株对多数药物的耐药率显著高于整合子阴性者(P＜0.05).intI1阳性菌株中,84.4％ (54/64)扩增出整合子可变区,检出3种耐药基因盒组合形式:aac(6’)-Ib-cr-arr-3-dfrA27 14株、aacA4-catB8-aadA1 24株、aacC1-orfA-orfB-aadA1 16株.结论 临床分离的鲍曼不动杆菌多重耐药与Ⅰ类整合子表达有关.Ⅰ类整合子主要携带早期使用的氨基糖苷类抗菌药、甲氧苄啶和氯霉素耐药基因.     

细菌染色体第1类整合子捕获耐药性基因盒反应模型的构建

【背景】整合子在细菌耐药性的获得及传播中占据重要地位,对于整合反应检测方法的改良及反应机制的研究,可以加深我们对细菌耐药性产生和播散的理解,为遏制耐药菌株的产生和播散提供新的途径。【目的】在细菌染色体上构建第1类整合子反应模型,用于评价整合酶介导的基因盒位点特异性重组。【方法】 PCR分别扩增含氯霉素耐药基因cat的CM片段、含基因盒aadA5的LacA5片段、含整合子重组位点attI1及强可变区启动子的PcS片段和插入位点两侧的同源臂,重叠延伸聚合酶链反应连接上述5个片段制备整合子模型插入片段,通过同源重组将构建好的整合子模型片段插入大肠埃希菌JM109染色体中。转入高表达第1类整合酶的质粒pHSint,在链霉素平板上筛选发生整合的菌株,并经聚合酶链反应和测序验证。【结果】构建的整合子模型片段经测序与预期一致,整合子模型片段成功插入大肠埃希菌JM109染色体中。转入高表达整合酶的质粒pHSint后,在链霉素平板上成功筛选出基因盒aadA5发生整合的菌株,经聚合酶链反应扩增并测序与预期一致。【结论】在大肠埃希菌染色体上成功构建第1类整合酶介导基因盒位点特异性重组反应模型,为进一步揭示整合子捕获耐药性基因盒的反应机制奠定基础。     

产超广谱β-内酰胺酶细菌中I类整合子的研究进展

产超广谱β-内酰胺酶(Extended-spectrum beta-lactamase, ESBLs)细菌的多重耐药性是临床用药的一大难题, 近年研究发现其耐药性的产生与整合子密切相关, 其中临床最常见、研究最深入的是I类整合子。整合子是一种可移动基因元件, 在整合酶的作用下捕捉外源基因盒并使之表达, 是具有基因整合和切除功能的天然克隆和表达系统。研究表明I类整合子可连续捕捉和整合多种耐药基因, 以质粒或转座子为载体在细菌之间传播耐药性, 使ESBLs细菌多重耐药趋势十分严峻。本文就I类整合子的结构特征、I类整合子对耐药基因盒的整合作用及其与ESBLs细菌耐药性的关系等方面进行综述。     

细菌多重耐药性的转移与基因盒-整合子系统

细菌的多重耐药已成为临床治疗的难题,近年来耐药基因转移的新机制与基因盒-整合子系统密切相关。本文就该系统的发展历史、整合子的结构与分类、基因盒的种类与表达、基因盒．整合子的检测方法及其多重耐药性传递的相关性作一全面阐述。     

Class I integrons containing a dhfrI trimethoprim resistance gene cassette in aquatic Acinetobacter spp

The presence of antibiotic resistance gene cassettes in class I integrons was investigated in 24 sulfamethoxazole-resistant and -sensitive Acinetobacter isolates derived from two Danish freshwater trout farms. Integrons were detected in five isolates from one of the fish farms, and their inserts were characterised by DNA sequencing. Each isolate contained a dhfrI gene cassette encoding resistance to trimethoprim and an open reading frame orfC of unknown function identical to the content of an integron previously found in a clinical enterobacterial isolate. Among the five isolates, at least two different strains were differentiated based on phenotypic tests and randomly amplified polymorphic DNA analysis. To our knowledge, this is the first report and characterisation of an integron in environmental bacteria.     

Characterization of class 1 integrons-mediated antibiotic resistance among calf pathogenic Escherichia coli

Escherichia coli isolates from calf diarrhea cases (n=22) in the Beijing surrounding region in China were characterized for disease serotype, virulence factors, antimicrobial susceptibility pattern and class 1 integrons. 59% (n=13) of the isolates were positive for the int I1 gene. The presence and genetic content of class 1 integrons in 13 E. coli isolates were examined by PCR and sequencing. Sequencing analysis revealed six gene cassettes, which encoded resistance to trimethoprim (dfrA1, dfrA17), aminoglycosides (aadB, aadA1 and aadA5) and chloramphenicol (cmlA). The gene cassette arrays dfrA1-orf (45%) and aadB-orf-cmlA (32%) were most prevalent among these isolates. These data revealed the high prevalence of class 1 integrons among calf pathogenic E. coli isolates in the Beijing surrounding region in China, which may provide important and useful surveillance information reflecting specific antibiotic selective pressure.     

喹啉降解反应器菌群内整合子检测和菌株耐药性分析

运用PCR技术及克隆文库方法,对一个实验室规模的喹啉降解反应器生物膜系统中的整合子进行了分析。结果表明,在该反硝化喹啉降解反应器的生物膜群落中,整合子携带着丰富多样的基因盒。主要为编码与抗生素耐药性相关的基因盒,如氨基糖苷类耐药基因(aadA基因等),也带有与工业废水环境发现的整合子中可能与芳香族化合物降解有关的基因(如FldF基因)。还有一些功能未知的基因。鉴于耐药性相关基因的广泛存在,对该反应器中分离的优势菌株进行了耐药性分析。结果表明,44.1%的菌株存在耐药性,29.4%的菌株有多重耐药性。它们对4种抗生素的耐药率分别为:氨苄青霉素29.4%、卡那霉素23.5%、氯霉素20.6%、链霉素23.5%。不存在抗生素选择压力环境的微生物群落中分离的群落优势菌株普遍具有抗生素耐药性,而且群落基因组的整合子中携带多种抗生素抗性基因的基因盒。这一现象还未曾见报道,其成因值得进一步研究。     

新生儿病区产ESBLs大肠埃希菌整合子及其耐药性分析

目的 了解新生儿病区产ESBLs大肠埃希菌整合子的携带情况及其耐药性.方法 采用K-B琼脂扩散法对56株产ESBLs大肠埃希菌进行药敏试验;应用PCR法检测Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类整合子;以肠杆菌科重复序列-聚合酶链式反应(ERIC-PCR)进行基因分型.结果 56株产ESBLs大肠埃希菌的Ⅰ类整合子检出率为60.7％,未检出Ⅱ类和Ⅲ类整合子;菌株对庆大霉素、环丙沙星、左氧氟沙星、复方新诺明、头孢唑林、氨曲南、头孢他啶的耐药率差异有统计学意义(P＜0.05),阳性菌株的耐药率高于阴性菌株;56株大肠埃希菌分为45种基因型.结论 Ⅰ类整合子广泛存在于新生儿病区产ESBLs大肠埃希菌并与其耐药性相关.     

结核分枝杆菌的耐药基因及其相关分子机制

结核分枝杆菌原发性和继发性耐药是当前控帝】和治疗结核病面临的重要问题,随着分子遗传学的发展,已经阐明了结核分枝杆菌耐药的分子基础是染色体的突变,影响了药靶本身或激活了药物前体的细菌酶,造成MTB的耐药。本文主要就MTB对其常用药物的耐药机制展开讨论,以便正确认识MTB对不同药物的耐药机制,建立快速检测耐药结核分枝杆菌基因型的分子生物学方法。     

结核分枝杆菌的耐药基因及其相关分子机制

结核分枝杆菌原发性和继发性耐药是当前控制和治疗结核病面临的重要问题,随着分子遗传学的发展,已经阐明了结核分枝杆菌耐药的分子基础是染色体的突变,影响了药靶本身或激活了药物前体的细菌酶,造成MTB的耐药。本文主要就MTB对其常用药物的耐药机制展开讨论,以便正确认识MTB对不同药物的耐药机制,建立快速检测耐药结核分枝杆菌基因型的分子生物学方法。     

鲍曼不动杆菌整合子介导耐药机制的初步研究

【摘 要】 目的 研究整合子参与鲍曼不动杆菌耐药的分子机制。结果 收集2008年1月至2011年12月瑞安市中医院临床分离的200株鲍曼不动杆菌,采用K-B法进行体外药敏试验,采用聚合酶链式反应进行整合子整合酶基因的检测;整合子可变区扩增、克隆、测序,分析整合子基因结构。结果 59.0%的医院感染鲍曼不动杆菌Ⅰ类整合子阳性,未检测出Ⅱ、Ⅲ类整合子;编码对氨基糖苷类、磺胺类抗菌药物和氯霉素耐药的基因;整合子阳性组多药耐药菌均明显高于阴性组。结论 Ⅰ类整合子在医院感染鲍曼不动杆菌中广泛分布,可通过质粒在不同菌属间水平传播,在耐药基因传播中起重要作用,应引起临床足够的重视。     

环境中抗生素抗性基因与I型整合子的研究进展

抗生素抗性基因(Antibiotic resistance genes,ARGs)作为一种新型污染物在不同环境中广泛分布、来源复杂,对生态环境和人类健康造成了很大的潜在风险。同时,Ⅰ型整合子(Int Ⅰ)介导的ARGs水平转移是环境中微生物产生耐药性的重要途径,Ⅰ型整合子整合酶基因(intI1)与ARGs丰度在环境中表现出了较高的正相关性,Int Ⅰ可以作为标记物在一定程度上反映ARGs在环境中的迁移转化规律和人类活动影响程度。本文介绍ARGs与Int Ⅰ在环境中的来源与分布,总结Int Ⅰ介导的ARGs迁移转化机制以及相关研究方法,并展望未来的研究发展趋势。