超广谱β-内酰胺酶SFO-1在肠杆菌科耐药菌中的播散机制及分子进化

SFO-1 is a low prevalent extended-spectrum beta-lactamase and was only found in Enterobacter cloacae isolates in Japan and Spain. However it can cause long-term outbreak of nosocomial infection diseases. In 2005, a multi-drug resistance isolate was recovered in Shandong provincine bearing SFO-1 and NDM-1 genes. However, it is still unclear on the characteristic of SFO-1-producing plasmids and mechanism of blaSFO-1 dissemination. We found that SFO-1-producing plasmids had been captured by many species of Enterobacteriaceae in our hospital especially by the epidemic ST11 clone of Klebsiella pneumonia. The SFO-1-producing plasmids have similar backbone and don’t contain conjugative module, though some of them are transferable. How did blaSFO spread among different species? Is it related to some characters of the host bacteria? How evolved of these plasmids? We plan to collect SFO-bearing strains in our hospital as well as other area, try to find the responsible genes for blaSFO transfer and do verification by knockout and complementation technique. We’ll analyze the characteristics of the backbones and multi-drug resistance regions of SFO-bearing plasmids and dominant clones, study on the tracking and evolution of SFO-bearing strains and plasmids and try to illustrate the mode of horizontal gene transfer which will provide helpful evidence on nosocomial infection control strategy.

SFO-1是一种少见超广谱酶，仅在日本和西班牙的阴沟肠杆菌中发现，但可导致持久的医院感染暴发流行。2015年，山东报道了产SFO-1及NDM-1的多重耐药临床株，然而SFO质粒特征及传播机制尚不明了。申请人前期发现SFO阳性质粒在本地多个菌属临床株中持续存在多年，并被肺炎克雷伯菌优势克隆捕获。来自不同菌属的SFO质粒骨架结构相似，不含接合相关组件，但部分质粒能够水平传递。SFO-1基因如何完成跨菌属传播？其水平传播是否与宿主菌某些遗传特性相关？历经多年质粒进化轨迹如何？本项目拟收集本地及其它地区产SFO-1菌株，通过比较基因组学获取关键基因，采用基因敲除与回补技术研究关键基因对SFO-1基因转移的作用；通过SFO质粒骨架及耐药区特征分析、克隆特征，探索SFO-1菌株及质粒在本地长期播散的原因及进化规律，阐明 SFO-1基因的水平传递方式及播散轨迹，为医院感染控制策略提供有益建议。

SFO-1超广谱酶在临床菌株中发生率低，但可导致持久的医院感染暴发流行。产SFO-1超广谱酶的细菌在我国发现最多，在本地多个菌属临床株中长期存在。研究其质粒特征、进化特点、杂合质粒的形成及传播机制对明确耐药基因及菌株在当地播散原因，对指导医院感染防控有重要意义。对本地及全球产SFO-1超广谱酶菌株与质粒的研究发现，blaSFO基因可移动模块主要分A型和B型两种。A型起源于B型，被IS26复合转座子捕获，水平转移到IncR及IncHI2型质粒上。携带A型blaSFO基因可移动模块的IncR质粒在本地多个菌属传播，被ST93型霍氏肠杆菌和ST11型肺炎克雷伯菌优势克隆捕获，可通过与相同菌株内存在的IncFII质粒形成融合质粒，以接合传递方式在不同菌属传播。与之类似，细菌体内重组可产生IncX1与IncX2的杂合质粒。研究发现，B型模块广泛分布于多种不相容质粒型的多重耐药区，在中国多地多种肠杆菌科菌属的细菌中发现，偶见于国外菌株。本地ST93型霍氏肠杆菌中也有携带该结构的IncC质粒。多重耐药区存在多拷贝IS26等可移动组件与耐药基因募集、多耐区重组、IV型分泌系统组件缺失、质粒进化密切相关，部分质粒因此失去接合能力。产SFO酶优势菌株遗传背景研究表明，优势克隆染色体均不存在与细菌防御相关的CRISPR-Cas系统，从而易于获取多种耐药质粒和外源DNA。系统发育分析发现ST93型霍氏肠杆菌遗传关系紧密，少数菌株获得产SFO酶质粒。在产SFO酶菌株播散过程中，约20%的blaSFO基因发生变异，发现4种SFO酶新亚型及2种缺陷型。同一患者体内发现产酶质粒的水平传播与进化，形成功能不同的新酶亚型。总之，产SFO酶菌株克隆传播与非克隆传播共存，特定质粒及IS26等可移动元件对blaSFO基因的传播发挥重要作用。