猪链球菌中PhO-MLS类抗菌药耐药基因optrA-ermB的共转移及演化机理研究

optrA/ermB could conceivably have played a role in the rising incidence of Phenicols-Oxazolidinone-Microlides-Lincomycin-Streptogramins (PhO-MLS) resistance in Streptococcus suis. It will be seriously jeopardized by the rapid emergence and spread of antimicrobial-resistant bacteria induced by ICEs if we don’t take precautions against it. However, to date, our understanding on the mechanisms of optrA/ermB cotransfer and evolution in Streptococcus suis is still restricted to few reports, thus consequently understanding of optrA/ermB coevolution is only beginning to be unraveled. Based on our preliminary data we generated the hypothesis that ICE is the emerging mobile genetic elements which harbor optrA/ermB and mobilize horizontal transmission of optrA/ermB among gram positive population. Thus, in this study, we will focus on investigating the following scientific issues by using a series of molecular biological methods. 1) Analyzing the temporal and spatial characteristics and change trend of PhO-MLS resistant Streptococcus suis; 2) Studying the cotransmission mechanism of optrA and ermB in PhO-MLS resistant Streptococcus suis; 3) Preliminarily clarifying the evolution mechanism of optrA-ermB in Streptococcus suis. Solving the above key scientific problems will help us to understand and control the spread of Streptococcus suis resistance level, and provide a reliable basis for the risk assessment of animal-label used antibiotics, which has a far-reaching significance of high practical relevance and theory point of the view.

optrA-ermB引起猪链球菌对酰胺醇类-噁唑烷酮类-大环内酯类-林可胺类-链阳菌素类（PhO-MLS）抗菌药物的耐药现象已突显，但有关该基因组合在猪链球菌中的共转移机制及演化特点尚不清楚，有待深入研究。本项目以此为切入点，基于前期基础，采用生物信息学方法及多种分子生物学实验技术，拟系统分析和阐明猪链球菌中optrA-ermB的流行情况、以整合性和结合性基因元件（ICE）为载体的共转移机制以及其在猪链球菌中的演化特点。上述关键科学问题的解决有利于我们认识和控制猪链球菌耐药性的水平传播，并为兽用抗菌药的风险评估提供可靠依据，故具有深远的理论和实践意义。

optrA和ermB是介导猪链球菌分别对PhO和MLSB类抗菌药的耐药的主要机制，但有关optrA和或ermB在猪链球菌中的（共）转移机制及演化特点尚待研究。本项目基于前期基础，分离猪链球菌（470株）进行系统研究，取得如下结果：1）阐明PhO-MLSB类耐药猪链球菌的流行特征和变化趋势。猪链球菌对MLSB类药物的耐药率自2005年以来始终处于较高水平（> 94%），对PhO类药物的耐药率于2015年快速上升，2019-2021间分离菌对PhO类药物的耐药率达100%。氟苯尼考和利奈唑胺的MIC在16~64 mg/L和1~4 mg/L之间，红霉素和林可霉素的MIC范围为256->256 mg/L。菌株对MLSB和PhO类药物的耐药性分别主要由ermB和optrA介导，48.1%（226/470）的菌株同时携带ermB-optrA，菌株的ST型和PFGE图谱表明存在遗传多样性，提示耐药基因在不同猪链球菌株间可广泛转移。2）建立猪链球菌的接合试验方法，阐明PhO-MLSB类耐药菌中optrA-ermB的共传播机制。成功构建了3株可用于接合试验的受体菌。分析显示携带optrA和ermB的可移动元件主要包括ICESa2603家族或ICESsuYZDH1家族ICEs和Φm46.1-like家族前噬菌体，转座子、基因岛和质粒也可携带optrA。optrA和ermB单独或共存于同一元件，均可通过接合方式在同种属或异种属菌株间水平转移。ICEs可多样性地整合在rplL、rum、mut等位点，前噬菌体主要整合在rum位点；整合于mut位点的ICE转移频率显著高于其它位点。3）阐明ermB-optrA在猪链球菌中共存的演化机理。发现携带ermB的ICEs、前噬菌体和基因岛的水平转移是导致猪链球菌对MLSB维持较高耐药率的主要原因，optrA侧翼IS1216E的高流行率和IS1216E介导的各种（IS1216E-optrA）-TUs形成并整合在ermB相关元件中，以及携带optrA的ICEs、质粒甚至前噬菌体的水平转移导致optrA/ermB共存，并是引起猪链球菌optrA高流行率及其MGEs多样性的主要原因。该项目结果有利于我们认识并控制猪链球菌耐药性水平传播，且为兽用抗菌药的风险评估提供可靠依据，故具有深远的理论和实践意义。