温度影响tet(X4)替加环素耐药质粒在大肠杆菌中的持留特征及其机制研究

Tigecycline provides key line of defense against infections caused by multi-drug-resistant bacteria, while the advent of novel plasmid mediated tigecycline-resistant gene tet(X4) challenges the clinical efficacy of tigecycline, thus pose a severe threat to public health. Surveillance studies in China indicated that the current presence of tet(X4)-positive Escherichia coli was common in pigs, the surrounding niches and was making its way to the human sector via meat products. Our epidemiological studies showed that tet(X4) gene was more prevalent in E. coli from pigs than that from chickens, further laboratory studies revealed that this observed difference maybe resulted from the distinct plasmid stability induced by temperature regimes. Thus, combing animal experiments, model of plasmid persistence dynamics and RNA-seq, the proposed project aim at an assessment of the effect of temperature regimes on plasmid stability, a further characterization of the effect via plasmid persistence dynamics, and a system understanding of the underlying interactions between bacteria and plasmid. The anticipated results will provide important basic information regarding epidemiological characteristics the and future intervention strategies of tet(X4) plasmids.

替加环素是人医临床治疗多重耐药菌感染的特效药物，质粒介导的替加环素耐药新基因tet(X4)的出现和传播将影响替加环素的治疗效率，严重威胁公共卫生安全。tet(X4)阳性大肠杆菌已广泛存在于我国猪群及养殖环境中，并有通过动物性食品向人群传播的可能。申请人前期研究发现，tet(X4)基因在我国猪、鸡肠道大肠杆菌中的流行存在差异，并初步发现猪、鸡不同体温介导的tet(X4)质粒稳定性差异可能是造成其流行差异的原因。本项目拟综合运用动物试验、质粒持留动力学模型及转录组测序等技术，研究不同温度条件下，tet(X4)质粒在大肠杆菌中的稳定性；探明温度如何影响tet(X4)质粒在大肠杆菌中的持留动力学特征；阐明不同温度条件下，大肠杆菌与tet(X4)质粒的分子互作机制。研究结果拟揭示新型替加环素耐药基因在不同动物中流行差异的分子机制，旨在为控制其在畜禽和人群中的传播提供理论依据。

项目背景：质粒介导的替加环素耐药新基因tet(X4)的出现和传播严重威胁公共卫生安全。流行病学调查显示tet(X4)基因在我国猪、鸡肠道大肠杆菌中的流行存在差异，质粒稳定性试验提示猪、鸡不同体温介导的tet(X4)质粒稳定性差异可能是其在猪、鸡肠道大肠杆菌中流行差异的原因。.研究内容：本项目研究了不同温度条件下（37℃或42℃），tet(X4)质粒在大肠杆菌中的稳定性；研究了温度影响tet(X4)质粒在大肠杆菌中的持留动力学特征；开展了不同培养温度下大肠杆菌与所携带tet(X4)质粒的分子互作机制研究；此外，研究了tet(A)变异体介导的大肠杆菌的替加环素耐药性及其表型差异分子基础；开展了tet(X4)基因在养殖动物、环境、食品和人群中流行病学调查。.研究结果：通过质粒稳定性试验，明确了tet(X4)质粒在不同温度（37℃或42℃）条件下的稳定性差异与tet(X4)质粒类型相关，且温度介导的tet(X4)质粒的稳定性并非tet(X4)耐药基因所特有；温度（37℃或42℃）对tet(X4)质粒在大肠杆菌间的接合转移效率无显著影响；然而，相对于37℃，较高的温度（42℃）和tet(X4)质粒的存在均会对大肠杆菌产生较大的适应性代价，推测较高温度（42℃）条件下温度、质粒两者所产生的适应性代价是tet(X4)质粒质粒不稳定的原因，既而造成其在猪、鸡肠道大肠杆菌中的流行出现差异。此外，明确了tet(A)变异体介导的大肠杆菌的替加环素耐药性及其耐药表型差异分子基础，ompF表达差异是造成宿主大肠杆菌替加环素表型差异的重要原因；首次从人源肺炎克雷伯菌中分离鉴定出tet(X4)基因，动物、环境、食品和人群中均可检出ST761型tet(X4)阳性大肠杆菌。.科学意义：上述研究结果揭示了新型替加环素耐药基因tet(X4)在不同动物中流行差异的分子基础，为控制其在畜禽和人群中的传播提供数据支持。