大肠埃希菌插入序列共同区（ISCR）转座酶表达调控机制

ISCR( Insertion sequence common region) element is known to enhance horizontal gene transfer greatly。In our previous study, we found ISCRs were closely related to multiple antibiotic resistance genes including plasmid mediated quinolone resistance genes –qnr. The mechanisms that regulate expression of ISCR transposase need further study. We examined ISCR trasposase upper-stream sequences and identified LexA binding site. The repressor protein LexA plays a key role in SOS response which is the inducible DNA repair network triggered by DNA damage. In previous study we have found qnrB, which confers resistance to quinolones, was under control of bacterial SOS response. Quinolones and other antimicrobials can induce SOS response. We hypothesize that ISCR transposase expression is under control of SOS response. We will study the prevalence of ISCR in clinical isolates, the link between ISCR and antibiotic resistant genes and other mobile genetic element like inserted sequence, transposon and integron etcl. We will also investigate whether LexA protein will bind to DNA of ISCR promoter region. At last, we will exam whether ISCR transposase transcription will be elevated upon SOS response and compare the level of elevations induced by different antimicrobials. This study will demonstrate that antimicrobials promote horizontal gene transfer by up-regulating ISCR transposase transcription through SOS response. This will help us contain the ever-increasing bacterial resistance.

插入序列共同区（ISCR）是近年来发现的可捕获并聚集耐药基因的可移动遗传元件，在常见细菌中分布广泛，可极大地增加耐药基因水平转移，导致细菌耐药，其主要功能基因编码转座酶，而该转座酶的表达调控方式未知。我们在ISCR转座酶的启动子区域发现了LexA蛋白结合位点，而LexA蛋白是细菌SOS反应中重要的调控蛋白，提示ISCR的转座活动受到SOS反应的调控。常用抗菌药如环丙沙星等可诱导细菌SOS反应。本课题计划①检测ISCR在临床分离大肠埃希菌中的发生率，分析ISCR的基因环境，了解ISCR在大肠埃希菌多重耐药形成中的作用②定量分析不同抗菌药物诱导下ISCR转座酶的转录水平，验证SOS反应通路中关键蛋白在ISCR转座酶表达调控中的作用，明确SOS反应对ISCR转座酶的调控机制。了解这一新型可移动元件在大肠埃希菌多重耐药形成中的作用及不同抗菌药物对其表达调控的影响，有利于控制细菌耐药性形成。

革兰阴性菌，尤其是大肠埃希菌，是血流感染常见的致病菌，给人类的健康造成重大威胁。目前很少有研究全面描述血流感染大肠埃希菌中各种耐药基因以及患者发生三代头孢菌素耐药的大肠埃希菌感染的易患因素等流行病学特征。ISCR是特殊的插入序列，结构上类似IS91家族，其主要编码转座酶，以滚环复制的方式捕获其周边的DNA，其转座酶辨别终止信号的特异性不强，导致其转座长度不受限制，可移动大片段DNA。目前发现的ISCR有27种，最常见的是ISCR1-ISCR6。ISCR编码的转座酶的调控机制尚未明确。我们收集了华山医院2010-2015年间血培养分离的大肠埃希菌共计208株，对上述菌株行琼脂稀释法药敏、PCR检测常见碳青霉烯类、头孢菌素、氨基糖苷类、磷霉素、喹诺酮类抗菌药的耐药基因分布情况，PFGE行细菌同源性分析，并进一步分析患者发生三代头孢耐药的大肠埃希菌感染的易患因素等流行病学特征。PCR检测常见的ISCR1-ISCR6的阳性率，比较含ISCR菌株与不含ISCR菌株对各类抗菌药的耐药率的高低，明确ISCR在细菌多重耐药形成中发挥的作用。将含ISCR1工程质粒通过化学转化转至J53、AB157、DM49、AB1157 LexA300::spec、GW1000中，利用环丙沙星、丝裂霉素等药物诱导细菌SOS 反应，RT-PCR检测ISCR表达，探究与未诱导对照组相比，ISCR 转座酶的表达是否增加。实验结果及意义如下：导致血流感染的大肠埃希菌对碳青霉烯以及β内酰胺酶抑制剂复方制剂仍高度敏感。临床数据统计学分析结果提示发生肺部感染是发生耐三代头孢菌素的大肠埃希菌血流感染的易患因素，为临床用药提供帮助。含ISCR菌株对各类抗生素的耐药率均高于不含ISCR者，这提示ISCR可能在细菌多重耐药形成中发挥作用。在含有完整的SOS系统的菌株（J53、AB1157、GW1000）中，加入诱导剂后，与未诱导对照组相比，ISCR1的表达上升1.1-8.6倍，而在SOS缺陷菌株（DM49及AB1157 LexA300::spec）中，ISCR1的表达并未升高，这提示ISCR1表达受SOS反应调控，本课题初步阐明了ISCR编码的转座酶的调控机制。