革兰阴性杆菌产β-内酰胺酶及其耐药分子机制的研究
2023-09-20
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308—— Chin J Lab Diagn,February,2013,Vol 17,No.2 文章编号:1007~4287(2013)02—0308—04 革兰阴性杆菌产』3一内酰胺酶及其耐药 分子机制的研究 冯体玉 ,徐韫健孙,李 宁。,余琳 (1.梅州市人民医院检验科,广东梅州51403l;2.广州医学院第一附属医院检验科,广东广州510120) 摘要:目的 分析革兰阴性杆菌所产G一内酰胺酶的表型及基因分型,并研究其耐药分子机制。方法 用纸片扩 散初筛试验、扩散确证试验进行超广谱0一内酰胺酶(extended spectrum beta-lactamases,ESBLs)表型检查,头孢西丁 三维试验进行AmpC ̄l一内酰胺酶的表型检查,纸片协同试验筛选产金属8一内酰胺酶(metallo—beta—lactamase,MBL)菌 株;用多重PCR技术扩增B一内酰胺酶基因并进行DNA测序;用PCR技术扩增基因元件整合子、插入序列ISEcplB 和转座子tnpU;用MIC药敏法分析革兰阴性杆菌的药物敏感性。结果 ①革兰阴性杆菌8一内酰胺酶的表型总检出 率为24.28 (42/173),主要由单产ESBLs引起,占13.29 , 内酰胺酶的基因型总检出率为24.86 ;②整合子检 出49株占28.32 ,ISEcplB插入序列检出29株占16.76 ,转座子tnpU检出28株占16.18 ,基因元件阳性的菌 株大多数 内酰胺酶表型为阳性;③p一内酰胺酶阳性菌株对抗生素的耐药率显著高于阴性菌株。结论 革兰阴性杆 菌可携带多种0一内酰胺酶,基因元件广泛分布于革兰阴性杆菌中,可能在多重耐药机制中起重要作用。 关键词:B一内酰胺酶;整盒子;转座子;插入序列 中图分类号:R446.5 文献标识码:A Study on p-Lactamase in Gram。negative Bacilli and Molecular Mechanism of Antibiotic Resistance FENG Ti—yu,xU Yun—jian,Li Ning,et a1.(Department of Clinical Laboratory,Meizhou People s Hospital,Meizhou,Guangdong 514031,China) Abstract:Objective To investigate the phenotypical and genotypical characteristics of the t?-lactamase in Grain— negative bacilli.Methods The phenotypes of extended spectrum t?-lactamase(ESBLs)were detected in the Gram—nega— tive bacilli by disc diffusion screen test,which were further ascertained by disc diffusion confirmatory test;AmpC beta— lactamases were tested by cefoxitin three—dimension test:metallo—beta-lactamase(MBL)were tested by double—disc syn— ergy test..The genotypes of ̄-lactamases were detected by multiple PCR amplification,then DNA product was se— quenced.PCR was performed tO screen the gene of integron,insertion sequence ISEcplB,transposon tnpU.Antibiotics susceptibilit of gram—negative bacilli was detected by MIC susceptibility method.Results①Among the clinical Gram— negative isolates,a total of 24.28 (42/173)strains p—lactamases phenotypes were positive,which was caused by car— rying ESBI s,and the positive rate was 13.29 .A total of 24.83 strains B—lactamases phenotypes were positive.② Integron was found in 49 isolates of gram—negative bacilli(28.32 ),ISEcpl B was found in 29 strains of Gram-nega— tive bacilli(16.76 ),transposon tnpU was found in 28 strains of Gram-negative bacilli(16.18 .),the strains of car— rying genetic element were almost positive in beta—lactamases phenotypical test.③The G—lactamase positive strains had higher level of resistance than negative one.Conclusion Gram—negative bacilli carried several kinds of i?-I actamases. Genetic element was widely occurred in the gram—。negative bacilli and may play an important role in multiple drug resist—- ance. Key words:G—Lactamase;integron;transposon;insertion sequence (Chin J Lab Diagn,2013,17:0308) 青霉素和头孢菌素等G一内酰胺类抗菌药物在长 期使用中,细菌逐渐对其产生抗药性。 内酰胺酶 的产生是革兰阴性杆菌对该类抗菌药物耐药的主要 机制之一,临床上的8一内酰胺酶主要是ESBLs、 AmpC酶和MBL。目前,G一内酰胺酶的传播机制仍 不是很明确,质粒携带的 内酰胺酶耐药基因在质 基金项目:广州市医药卫生科技项目(编号:201lo2A213137),广州 医学院青年基金项目(编号:2010A04) *通讯作者 粒间及质粒与染色体间转移可能是通过转座子或插 入序列为工具实现的L1]。本文对173株革兰阴性杆 中国实验诊断学2013年2月 第17卷第2期 菌进行可疑产酶株筛选,鉴定其基因型,并对l3一内酰 胺酶周围的“基因环境”进行了分析,进而对基因元 件整合子、转座子、插入序列与革兰阴性杆菌耐药的 关系进行探讨。 1材料与方法 1.1 菌株 2010年4月一2010年12月,梅州市人 民医院和广州医学院第一附属医院检验科分离的 173株(无重复)革兰阴性杆菌,大肠埃希菌38株, 肺炎克雷伯菌32株,鲍曼不动杆菌30株,铜绿假单 胞菌27株,阴沟肠杆菌20株,洋葱假单胞菌1O株, 弗劳地枸橼酸杆菌8株,摩根摩根菌8株。质控菌 株:大肠埃希菌ATCC25922、肺炎克雷伯菌 ATCC700603和铜绿假单胞菌ATCC27853均购自 卫生部药品鉴定所。 1.2主要试剂与仪器 K—B法药敏纸片购自英国 OXID公司,Taq酶、dNTPs、DL2000标志物均购自 日本TaKaRa公司,VITEK一2 GNP药敏卡和 VITEK一2全自动微生物鉴定仪购自法国生物梅里 埃公司,PCR扩增仪购自美国Bio—Rad公司,超声 细胞粉碎仪购自宁波新芝公司,超高离心机购自美 国Beckman公司。 1.3 PCR引物 均由上海英俊生物公司合成,根 据文献设计如表1。 ’- 表1 PCR引物序列表 基因名称DNA序列(5’一3’) 片段长度 (bp) 309---—— 1.4细菌药敏实验 药敏试验用K—B药敏试验和 VITEK一2 GNP药敏卡进行,结果判定按照美国临 床实验室标准化委员会(Clinical and Laboratory Standards Institute,CLSI)2010制定的规则及标准 进行[引。 1.5 三维试验 将大肠埃希菌标准菌株 ATCC25922按K—B法涂布在MH平板上。在平板 的中央贴一张头孢西丁纸片,从距离纸片5 mm处 用无菌刀片在平板的琼脂上向外切一裂隙。每一裂 隙中加入3O l的一种待测菌株的 一内酰胺酶粗提 物。35℃培养24 h,观察裂隙的内测端(头孢西丁 纸片的抑菌环内)周围有无细菌生长。判断标准:裂 隙的内测端周围有细菌生长、导致头孢西丁纸片的 抑菌环有缺失者为阳性。 1.6 ESBLs表型检测 按2010年CI SI推荐的纸 片扩散法ESBLs实验指南进行,以肺炎克雷伯菌 ATCC7006O3为质控菌株跟随试验。初筛法:0.5 麦氏浊度菌液均匀涂抹于MH平板,贴上纸片头孢 他啶、头孢曲松、头孢噻肟、氨曲南,于35℃温箱中 放置l8—24 h后观察结果。当受试菌对头孢他啶 (30 g/片)纸片的抑菌环直径≤22 mm、氨曲南(30 ifg/片)纸片的抑菌环直径≤27 mm、头孢噻肟(30 fg/片)纸片的抑菌环直径≤27 mm或头孢曲松(30 fg/片)纸片的抑菌环直径≤25 mm,只要有一种可 视为疑产ESBLs菌株。 确证法:对初筛阳性菌株,采用头孢他啶(30 fg/片)、头孢他啶/克拉维酸(30 fg/10 fg/片)、头 孢噻肟(30 fig/片)、头孢噻肟/克拉维酸(30 fg/10 fg/片)检测,一对纸片间相距2 5 mm,于35。C温箱 中放置18—24 h后观察结果。任一组药物的抑菌环 直径相差≥5 mm,判定为ESBI S阳性菌株。 1.7纸片协同试验检测金属酶0.5麦氏单位待 测菌菌液均匀涂布MH琼脂平板,中问贴10 g亚 胺培南和3O g头孢他啶纸片,距纸片1.5-2.5 cm 处贴一空白纸片,加2—3 fl 2一巯基乙醇原液。35℃ 培养过夜,如靠近2一巯基乙醇侧亚胺培南和头孢他 啶抑菌环有扩大者为产金属酶菌株。 1.8 PCR扩增目的基因 用加热裂解法制备 DNA模板。反应体系总体积20 l,其中正反引物 各1 l,10×PCR缓冲液2 fl,dNTP及Taq酶各1 fl,DNA模板2 l。反应条件为除退火温度不同 外,95℃预变性3 min,95℃30 S,56℃35s,72℃45 s。 30个循环,72℃延伸10 rain。扩增产物送上海英俊 生物公司测序,结果在GenBank中经BI AST分析 Chin J I ab Diagn,February,2013,Vol 17,No.2 以确定其基因型别。 2.1 内酰胺酶表型检出率 革兰阴性杆菌8一内 1.9统计学处理 采用WHONET5.0软件进行 统计分析革兰阴性杆菌的耐药率。 2结果 酰胺酶的总检出率为24.28 (42/173),主要由单 产ESBLs引起,检出率为13.29 ;其次为产ES— BLs+AmpC引起,检出率为6.36 ,见表2。 表2 42株革兰阴性杆菌株产 内酰胺酶表型检出率(%) 2.2 p一内酰胺酶基因型检出率 革兰阴性杆菌8一 内酰胺酶基因的总检出率为24.86 (43/173), TEM、SHV、CTX—M—G1、PSE、ACT-l、DHA—l、 表4基因元件在革兰阴性菌属中的分布(株1 CMY及IMP一1总阳性率在临床分离的革兰阴性杆 菌中分别为:24.86 、8.o9 、11.56%、1.16 、 2.89 、5.20 、4.62 及0.58 。大肠埃希菌、肺 炎克雷伯菌、铜绿假单孢菌、鲍曼不动杆菌、阴沟肠 杆菌、洋葱假单胞菌、弗劳地枸橼酸杆菌、摩根摩根 菌都携带5—7种J3一内酰胺酶基因,见表3。 表3 p_内酰胺酶在革兰阴性菌属中基因型的分布 表5 内酰胺酶阳性和阴性菌株对15种抗菌药物 敏感率的比较 2.3 基因元件在革兰氏阴性菌属中的分布 整合 子、插入序列ISEcplB和转座子tnpU在173株革兰 氏阴性菌属中检出率分别为28.32 9/6,16.76 , 16.18 ,在各菌属中的分布见表4,基因元件阳性的 菌株大多数p一内酰胺酶表型为阳性。 2.4 p一内酰胺酶阳性与阴性菌株药敏结果比较 从173株革兰阴性杆菌药敏结果中,42株J3一内酰胺 酶阳性菌株对氨苄西林、头孢曲松、头孢唑啉均耐 药;对丁胺卡那霉素、亚胺培南敏感率最高,见表5。 42株t?-内酰胺酶阳性菌株对抗生素的耐药性显著高 于阴性菌株,P<0.05。 与B_内酰胺酶(一)比较,*P<0.05。 中国实验诊断学2013年2月 第17卷第2期 311一 3讨论 启动子,对下游cTX_M型ESBLs的高水平表达和传 临床上ESBLs、AmpC酶最为常见,这与本研究 播起重要的调控作用。转座子是指能将自身插入基 表2中j3一内酰胺酶表型和表3中J3一内酰胺酶基因分 因组中一个在序列上无关的新位点的DNA序列,位 型结果相符。产J3一内酰胺酶多重耐药革兰阴性杆菌 于 内酰胺酶基因的两侧,很容易携带着抗生素抗性 基因的总检出率为24.86 ,略低于表型试验24. 基因从细菌染色体转移到质粒或噬菌体基因组上,使 28 ,其中有3株菌检出8一内酰胺酶基因,但表型为 细菌基因具有重组和重排的潜力。本研究的革兰阴 阴性;有2株菌的B一内酰胺酶表型为阳性,但实验所 性菌其tnpU基因阳性检出率为16.18 ,较其它文献 检的基因都为阴性。可能是设计引物不能测出菌株 报道率低 ]。可能是由于感染菌株及细菌的耐药特 携带的基因型,或者菌株虽携带基因但不表达 内酰 性各不相同有关。转座子tnpU基因在大肠埃希菌、 胺酶。研究结果显示,所分离出的革兰阴性杆菌中, 肺炎克雷伯菌、鲍曼不动杆菌和铜绿假单胞菌中均有 产 内酰胺酶最常见韵菌种是大肠埃希菌、肺炎克雷 检出,在非发酵菌中的检出率相对较高。基因元件整 伯菌、铜绿假单孢菌及鲍曼不动杆菌。其他革兰阴性 合子、插人序列和转座子基因元件广泛分布于革兰阴 杆菌如阴沟肠杆菌、洋葱假单胞菌、弗劳地枸橼酸杆 性杆菌中,其俘获及启动j}内酰胺酶表达的能力,可 菌、摩根摩根菌也检出 内酰胺酶,说明携带 内酰 能在多重耐药机制中起重要作用。 胺酶耐药的基因在不同种类的菌属中进行了广泛转 作者简介:冯体玉(1974一),女,主管技师,从事临床检验方面 移。本研究中的产 内酰胺酶的菌株对许多l}内酰 的研究。 胺类的抗菌药物以及其他抗菌药物呈多重耐药,给临 参考文献: 床抗感染构成严重威胁,其中对氨苄西林、头孢曲松、 [1]Marie—F I ,Laurent P,Daniel A,et a1.In Vitro Analysis of 头孢唑啉均耐药,对丁胺卡那霉素、亚胺培南敏感率 ISEcplB-mediated Mobilization of Naturally Occurring Lacta— mase Gene blaCTX—M of Kluyvera ascorbata.Antimicroblal A— 最高,对抗生素的耐药性显著高于不产酶菌株。 gents and Chemotherapy[-J ̄.2006,50(4):1282. 近年来通过对 内酰胺酶周围的“基因环境”进 [2]Clinical and Laboratory Standards Institute.Performance stand— 行研究发现:质粒携带的 内酰胺酶耐药基因在质粒 ards for antmicrobial susceptibility testing;twentieth informa— 问及质粒与染色体间转移主要是通过转座子或插入 tional supplement M100¥20.Clinical and Laboratory Standards Institute,2010. 序列为工具实现的。质粒通过接合作用、整合子通过 [3]张永标,张扣兴,唐英春,等.产质粒介导的AmpC酶和ESBI S细 整合酶俘获耐药基因,通过共用的启动子进行表达的 菌的耐药性及B内酰胺酶基因型研究[J].中华微生物学和免疫 研究已有大量的报道_3“ 。本研究中基因元件阳性的 学杂志,2004,24(7):577. 菌株大多数 内酰胺酶表型为阳性,大量文献也报道 [43李心晖,石垒,杨维青,等.三类整合酶基因(intI)的简并引物I:X2R方 基因元件可介导病原菌各种耐药基因l5j,获得基因元 法建立及应用[J].中国微生物学和免疫学杂志,2005,25(2):156. 件的病原菌可表现为多重耐药。这也是本研究中的 E5]糜祖煌,秦玲.多药耐药鲍氏不动杆菌5类抗菌药物耐药机制 研究EJ].中华医院感染学杂志,2008,18(7):901. 产 内酰胺酶的菌株对抗生素的耐药性显著高于不 [6]Flutt AG,Sehmitz FJ.Resistance integrons and super—integrons 产酶菌株的另一个原因。整合子是可移动的基因元 [J].Clin Microbiol Infect,2004,10(4):272. 件,可携带多种内酰胺酶和氨基糖苷类修饰酶基因, [7]Ho PL,Shek RH,Chow KH,et a1.Detection and characterization 在同种和不同种细菌中进行基因的水平转移,从而使 of extended——spectrum beta—-lifctamases among bloodstream iso—r 细菌的耐药性得以快速传播。本研究检测的是I类整 lates of Enterobacter spp.in Hong Kong,2000—2002 F.J].J Anti microb Chemother.2005,55(3):326—332. 合子,在大多数革兰阴性杆菌中均可检出,与文献报 [8]Marie—F L,Laurent P,DanieA,et a1.In Vitro Analysis of 道的有所不同 ],这可能与研究的菌株数量和种属不 ISEcpl B—。Mediated Mobilization of Naturally Occurring——I.acta—- 同有关。插入序列ISEcplB长度1,655 bp,其转座酶 mase Gene blaCTX—M of Kluyvera ascorbata[J].Antimicroblal 能够识别反向重复序列,并催化转座因子发生删除作 Agents and Chemotherapy,2006,50(40):1282. 用。文献报道【7 在CTX-M基因的侧翼发现有插入  ̄93林 宁,孙海平.多药耐药大肠埃希菌整合子、转座子遗传标志研 究EJ].中华医院感染学杂志,2008,18(1O):1361. 序列ISEcplB,参与耐药基因从染色体到质粒的播散。 [1O]朱健铭,王建敏,姜如金,等.鲍曼不动杆菌多重耐药及转座子 本研究对ISEcplB PCR产物进行测序,发现大部分 Tn1548携带频率的研究[J].中国人兽共患病学报,2009,25 ISEeplB的右端均连接一个反向重复序列,为转位酶 (1):95. 提供作用位点,下游均连接CTX-M型ESBLs基因,为 (收稿日期:2012—03—21l 其水平转移提供作用识别位点;并提供一35及一10两个