oqxAB对喹诺酮类药物耐药性的影响及其质粒的适应性研究

The high resistant rates shown by the Enterobacteriaceae to quinolones were one of characteristics of bacterial resistance in China. Factors accounting for this is still unknown. OqxAB, a plasmid-mediated multidrug efflux pump, confers resistance to multiple agents, including quinoxalines and quinolones. Our previous studies showed that oqxAB has been widely disseminated among animal farms in China, which may be due to the overuse of quinoxalines (olaquindox and mequindox) in food animals. Though quinoxalines weren't used in human clinic, the presence of oqxAB might promote the development of high level fluoroquinolone resistance in bacteria which might be transferred to human pathogens via food chain. On the basis of our earlier research results, this project is aimed to reveal the molecular mechanism underlying the widespread of oqxAB genes. The relationship of oqxAB-positive isolates as well as oqxAB-positive plasmids of different origins (animals, human, and animal foods) will be determined by PFGE, plasmid replicon typing and plasmid sequence analysis. The fitness cost of popular plasmids carrying oqxAB will be determined by competitive experiments. In addition, in vitro inducing experiments and animal experiments will be conducted to study the role of OqxAB on the process of quinolone resistance development. The results of this project will provide basis for safety evalution of quinoxalines used in food animals, reducing the incidence of quinolone resistance, development of novel veterinary drug and establishing government management policies.

高喹诺酮类药物耐药率具有显著的中国特色，但其形成原因尚不明确。质粒编码的多重耐药外排泵OqxAB可同时介导对喹噁啉类和喹诺酮类药物耐药。前期研究表明，oqxAB在国内养殖场广泛流行，可能与喹噁啉类药物的大量使用有关。尽管喹噁啉类药物不用于人医临床，但由于OqxAB的存在，喹噁啉类药物在动物的使用将可能选择出对喹诺酮类耐药的细菌，并可能通过食物链传递给人类病原菌。因此，本项目拟在前期研究的基础上，采用脉冲场凝胶电泳、质粒复制子分型、质粒全基因组测序和竞争试验等方法比较不同来源（动物、动物性食品和人）oqxAB阳性菌的流行相关性、质粒特征和适应性代价，揭示oqxAB广泛流行的分子基础；通过药物诱导和动物实验等探索OqxAB在喹诺酮类药物耐药进程中的作用，为正确评估喹噁啉类药物在食品动物中使用的风险性、喹诺酮类药物耐药性的控制、新兽药创制和政府部门制定管理政策等提供依据。

质粒编码的多重耐药外排泵OqxAB可同时介导对喹噁啉类和喹诺酮类药物耐药。oqxAB基因在我国养殖场的广泛流行可能与喹噁啉类药物的大量使用有关。尽管喹噁啉类药物不用于人医临床，但oqxAB在食品动物的广泛流行可能会选择出对喹诺酮类耐药的细菌，并可能通过食物链传递给人类病原菌。本研究对不同来源大肠杆菌进行oqxAB流行分布调查，发现oqxAB的检出率为29.3%，其中猪源携带率最高为55.7%，其次为鸭40.6%、鸡25.8%、肉类食品16.2%、宠物10.0%，健康人源携带率最低为7.2%。大部分oqxAB菌株不存在克隆关系，oqxAB基因主要位于 IncN1-F33:A-:B- (n = 4)、IncHI2/ST3 (n = 3)、F-:A18:B-(n = 2)和F-:A-:B54(n = 2)等质粒(33.3 ~ 500 kb)上，大部分oqxAB基因侧翼均为2个同向插入序列IS26；对食品源和人源oqxAB-IncHI2/ST3质粒pHNLDF400和pHNYJC8进行全序列测定，发现它们具备IncHI2质粒的典型结构，且这两个质粒序列几乎一致，和已报道的广东鸡源沙门氏菌质粒pHXY0908和香港人医临床沙门氏菌质粒pHK0653全序列高度相似。另外，发现oqxAB常携同floR、blaCTX-M、fosA3、mcr-1等耐药基因一起通过同一质粒传播，导致耐药基因的共选择和多重耐药菌的形成。因此，多重耐药质粒、插入序列IS26等可移动元件介导的水平传播是oqxAB基因在动物源、食品源和人源大肠杆菌中流行和传播的主要原因。通过药物诱导和体内、体外竞争性实验探索OqxAB在喹诺酮类药物耐药进程中的作用，发现尽管携带oqxAB的质粒具有一定的适应性代价，但在无药物选择压力下质粒可以稳定维持，并且携带oqxAB质粒比不携带该质粒的菌株在环丙沙星的压力下能够更快对喹诺酮类药物产生耐药，且降低的生物适应性可被诱导过程中额外产生的染色体突变所补偿。综上所述，本研究发现食品动物源大肠杆菌有较高的oqxAB携带率，健康人源和病人则检出率较低，但通过质粒、插入序列介导的水平传播，动物源oqxAB基因有可能通过食物链传递给人，且OqxAB的存在会促进喹诺酮类药物耐药性的产生，因此有必要对喹噁啉类药物在食品动物中的使用和oqxAB在食品动物中的流行分布进行监测。