CRISPR系统与MRSA SCCmec特征及多耐药关系研究

It has been an important public health problem for human being to infect multi-drug resistant Staphylococeus aureus(S. aureus). The bacteria happen evolution through acquiring resistance gene from plasmid and phage or other mobile genetic elements. Clustered regularly interspaced short palindromic repeats (CRSIPR） are recently discovered and provide acquired immunity against foreign DNA. The spacers record the information of the mobile genetic elements, which invaded the bacteria, and reflect the evolutionary of bacteria. In our study, S. aureus will be isolated from a hospital of Henan province. First, we study CRISPR in S. aureus by bioinformatics analysis, and describe the distribution and structural characteristics of S. aureus. Furthermore, we study the relation between CRISPR spacers and the resistance and resistance genes with S. aureus. Second, MRSA will be genotyping with SSCmec, and the relation between the polymorphism of CRISPR and MRSA SSCmec typing will be analyzed, which makes it possible to be used as evolution study. This study helps reveal the occurrence of resistance, predict the development trend of multi-resistant strains and prevent theirs outbreak.

多耐药金黄色葡萄球菌感染已成为世界范围内重要的公共卫生问题。细菌在进化过程中，通过质粒、转座子等可移动遗传元件获得耐药基因以适应环境而生长。CRISPR系统是最近发现的细菌针对噬菌体、质粒等外源基因的获得性免疫系统，其间隔序列记录了外来入侵遗传元件的信息，在一定程度上反映了细菌的进化方向。本课题从河南某省级综合医院分离金葡菌，一方面对金葡菌CRISPR位点进行检测及结构生物信息分析，描述CRISPR系统在我国分离金葡菌中的分布规律及结构特征。并对其与金葡菌耐药性和耐药基因分布进行研究，分析CRISPR系统间隔序列组成对细菌多耐药影响；另一方面对MRSA SCCmec（耐药岛）基因分型，分析CRISPR结构多态性与MRSA SCCmec基因特征的关系，初步探索基于CRISPR系统的MRSA在不同环境下的进化历程。为进一步揭示金葡菌耐药发生规律、预测多耐药株的发展趋势及预防其暴发提供科学依据。

金黄色葡萄球菌是目前全球范围内引起人类感染性疾病的主要病原微生物之一，特别是耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(Methicillin-resistant Staphylococeus aureus，MRSA)的出现为临床治疗提出了严峻挑战。MRSA的耐药分子基础是甲氧西林敏感金葡菌(Methicillin-sensitive Staphylococcus aureus，MSSA)获取了葡萄球菌盒式染色体（Staphyloccoccal Cassette Chromosome mec，SCCmec）元件，多种抗性基因随着可移动遗传元件SCCmec的水平转移在不同金葡菌株间移动，引起金葡菌多重耐药。成簇的规律间隔的短回文重复序列(Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeat，CRISPR)是最近发现的针对噬菌体等外源基因的细菌免疫系统，其能够有效地抵抗噬菌体和外界各种基因元件造成的干扰，从而抑制基因的水平转移。金葡菌在进化过程中，通过质粒、转座子等可移动遗传元件获得一些有利基因如耐药基因以适应环境而生长。课题建立45株金葡菌CRISPR系统生物信息库，生物信息学分析揭示金葡菌中确证CRISPR位点较少。重复序列RNA二级结构茎部碱基数越多，“GC”含量越高者CRISPR能够发挥功能的可能性越大。CRISPR位点可能可以在亲缘关系较近的菌种之间转移。菌株08BA02176 和MSHR1132中CRISPR位点有可能是继承于同一菌株，或通过外源基因元件的横向转移来源于里昂葡萄球菌，同一MLST型别的金葡菌可能更容易接受相同型别的外源CRISPR位点。此外课题对MRSA SCCmec分型及其与耐药的关系研究。金葡菌对多种抗生素耐药率均较高，且耐药基因阳性率高。MRSA耐药率普遍高于MSSA。分离的MRSA 主要有SCCmecⅠ型、SCCmec Ⅲ型和SCCmec ⅣE型。SCCmec盒式染色体与MRSA的多重耐药相关。金葡菌spa基因分型有11个型别，MLST分为4个型别，SCCmec分型、spa分型以及MLST分型可用于阐明金葡菌的流行病学特征。cas1基因及cas2基因差异与金葡菌耐药有关，cas1基因与MRSA耐药表型、耐药基因以及SCCmec分型有关。研究为预测耐药株的发展趋势、预防其暴发及治疗提供科学依据。