质粒介导喹诺酮耐药基因aac-(6')-Ib-cr的溯源与功能研究

The recently researches have shown that the new transferable quinolone resistance mechanisms, plasmid aac-(6′)-Ib-cr, which encodes an aminoglycoside acetyltransferase variant that modifies ciprofloxacin, is very common in enterbacteriaceae bacteria (5%-10% range). The plasmid-mediated quinolone resistance mechanism can spread horizontally among various species, which is very different from the chromosome-mediated resistance mechanisms. Since aac-(6')-Ib-cr was first discribed in 2006, no research concerning the systematic contrastive study of aac-(6')-Ib-cr from different sources and the chromosome mutations under homogenous genetic background has been reported. Our previous studies found there was no apparent homologous relationship between drug-resistant strains from different sources, and this mechanism might create opportunities of chromosome mutation for the host bacterium under fluoroquinolone environment. This study will focus on the genetic characteristics and functions of aac-(6 ')-Ib-cr discovered from animals and people in China, then further clarify the relationship of the plasmid-mediated resistance mechanism and the chromosome mutation. The development of this research will contribute considerably to reveal the mode of aac-(6 ')-Ib-cr's transmission between different species and the function of aac-(6 ')-Ib-cr, thus provide important theoretical basis for the formulation of prevention and control measures to control the spread of drug-resistant strains.

研究显示，质粒介导的氟喹诺酮耐药机制aac-(6')-Ib-cr在肠杆菌科细菌中有较高的检出率（5%-10%不等），该耐药机制的传播途径有别于染色体介导的耐药机制，可跨种属水平传播，由于该耐药机制发现时间短（2006年首次报道），至今未见针对人和动物以及不同种属来源的aac-(6')-Ib-cr基因与染色体突变在同源遗传背景中进行的系统对比研究。我们的前期研究结果发现不同来源的耐药菌株无明显的同源关系，该机制的存在可能给宿主菌创造了在氟喹诺酮环境中累积染色体突变的机会。本研究拟对我国人和动物携带aac-(6')-Ib-cr耐药基因的质粒遗传特征和功能进行分析，阐明这一机制与染色体突变间的关系。这一研究的开展将对揭示aac-(6')-Ib-cr在人和动物之间及不同种属间的传播方式、传播途径和功能起到积极意义，从而为减缓喹诺酮耐药菌株的传播与防控措施的制定提供重要依据。

喹诺酮类抗生素投入临床使用以来，临床分离的细菌经历了一个从完全敏感到耐药菌株广泛出现的过程。为了延缓耐药菌株的出现及传播，延长氟喹诺酮类抗生素的临床使用寿命，针对其耐药机制的研究显得非常重要。本项目以喹诺酮耐药细菌的产生和传播过程中aac-(6’)-Ib-cr所担当的角色为主线，阐明不同来源的大肠埃希菌aac-(6’)-Ib-cr的遗传结构和功能。研究发现，携带aac-(6’)-Ib-cr基因的大肠埃希菌对环丙沙星耐药率100%，MIC分布在4~>1024 ug/ml，其中MIC在超高耐药（1024 ug/ml）的菌株达到20.5%；这些菌株中100%存在QRDR突变；39株携带aac-(6’)-Ib-cr基因大肠埃希菌中，只有4株（10.3%）携带其他一种PMQR基因，分别为qnrB6，qnrS1，qepA；菌株同源性分析显示无优势序列型，说明携带aac-(6’)-Ib-cr基因大肠埃希菌呈散在分布，未构成克隆型传播；各型菌株所带的aac-(6’)-Ib-cr基因的质粒大小不等，大小为<28.8 kb至196.88 kb，说明携带aac-(6’)-Ib-cr基因并非水平转移至其他菌株而引起喹诺酮耐药。在不同QRDR突变遗传环境下，不同来源的aac-(6’)-Ib-cr基因转移可引起环丙沙星MIC不同程度的增加（10倍至63倍），当仅parC突变时，不同来源的aac-(6’)-Ib-cr基因转移可引起环丙沙星MIC上升42~63倍，而仅gyrA突变时，不同来源的aac-(6’)-Ib-cr基因转移可引起环丙沙星MIC上升10~16倍。说明QRDR与不同来源的aac-(6’)-Ib-cr基因呈现不同程度的累积效应。质粒基因组测序显示质粒p3基因组上的耐药基因都集中在一个不到30k bp的区域内，且区域的内部和边缘都存在复杂的IS序列，说明该质粒在耐药性和耐药程度方面可能存在很大的不确定性，进一步验证了不同来源的携带aac-(6’)-Ib-cr基因的质粒并非在菌种之间转移，同时引起喹诺酮的耐药性也不同；p4基因组上耐喹诺酮的基因aac(6')-Ib-cr和qnrB6同其它几个耐药基因集中在一个区域，blaCTX-M-15耐药基因单独位于一处。4个IS序列都处于所有耐药基因的同一侧，说明耐喹诺酮的基因aac(6')-Ib-cr和blaCTX-M-15耐药基因可能作为一个整