4.3 耐药基因编码的钝化酶和灭活酶引起的抗生素抗性
沙门氏菌对氨基糖苷类抗生素耐药主要与其基因组中耐药基因编码的抗生素钝化酶和灭活酶有关。相关酶主要有三类,分别为乙酰转移酶(Acetyltransferases, AAC)、腺苷酸转移酶(Adenylytransferases, AAD)和磷酸转移酶(Phosphotransferases, APH)9(Alcaine et al. 2007)。其中AAC可以将氨基酸乙酰化,AAD和APH可分别将羟基(—OH)腺化和磷酸化。沙门氏菌通过这些酶的修饰作用改变氨基糖甙类药物结构,使其失去与靶标核糖体结合的能力,从而使氨基甙类灭活,产生抗性。最常见的AAD主要包括aadA、aadB、aadD和aadK 等,其中aadA和aadB分别编码3-羟基和2-羟基腺苷酸转移酶,导致沙门氏菌分别对链霉素、壮观霉素和卡那霉素产生耐药性(Shaw et al. 1993)。
马孟根等(2006),White等(2001),Chen等(2004)和Lynne等(2008)也分别在抗
氨基糖苷类抗生素沙门氏菌中检出了aadA1、aadA2、aacC2、aac(3)-Ⅱ a 、aac(3)-Ⅳ a和
aph(3)- Ⅱ a等基因。沙门氏菌还可以产生水解酶β-内酰胺酶使β-内酰胺类抗生素开环灭活。β-内酰胺酶家族包括的酶类相当广泛,根据基因来源和进化关系可分为TEM型、SHV型、CTX型和OXA型等,其中blaTEM-1和blaSHV-1是革兰氏阴性菌中最为常见的可有效水解青霉素和非广谱头孢菌素类的水解酶(Bonomo et al. 1997;Gebreyes and Thakur 2005 ;Alcaine et al.2007)。近年来,已经在沙门氏菌中出现了由质粒介导的抗包括头孢曲松在内的超广谱β-内酰胺类抗生素的超广谱β-内酰胺酶(Extended spectrum β-lactamases,ESBLs),如blaSHV-12、blaCYM-2和ampCβ-内酰胺酶(Arler et al. 2006;Li et al. 2007;Chiaretto et al.2008)。ampC 酶作用底物包括第三代头孢类和单胺类抗生素,不受酶抑制剂作用,一般只对第四代头孢菌素和碳青霉烯类抗生素敏感。ESBLs 大多由TEM-1、TEM-2 和SHV-1发生点突变产生,可水解青霉素类、单酰胺类、第三甚至第四代头孢菌素类等抗生素。若产ampC 酶的沙门氏菌同时携带ESBLs基因或外膜微孔蛋白通透性降低,则第四代头孢菌素和碳青霉烯类也无效,使临床治疗相当困难(Arlet et al. 2006;Song et al.2006)。
除氨基糖苷类钝化、修饰酶和β-内酰胺酶外,目前己经发现和分离的与沙门氏菌耐药性相关的还有氯霉素乙酰转移酶(Chloramphenicol acetyltransferases,CAT)、红霉素酯化酶等灭活酶。
4.4 可移动基因元件及其转移产生的抗生素抗性
与沙门氏菌耐药有关的可移动基因元件包括抗性质粒、整合子、转座子、噬菌体和沙门氏菌Ⅰ型基因岛(Salmonella gene island , SGIⅠ)等。这些基因元件自身携带一种或多种抗性基因,通过基因水平转移(Horizontal gene transfer, HGT)的方式在沙门氏菌种内或细菌种间传播,导致细菌耐药谱不断增宽,耐药性增强(Alcaine et al. 2007)。
4.4.1 质粒及其转移介导的耐药性
质粒(Plasmid)是可赋予宿主细菌相应特性的染色体外遗传DNA,带有各种各样的决定簇,使得它们的宿主菌能在不利环境中更易生存。对抗生素耐药性编码的质粒(R质粒)最常见,含有抗性质粒的沙门氏菌因其质粒携带有抗性基因而表现为对氯霉素、链霉素、磺胺、氨苄青霉素、四环素、磺胺甲恶唑和卡那霉素等几种抗生素或其他药物10的抗性,且编码抗性的基因是成簇存在于R1质粒上(Wonkeun et al. 2006;Kelly et al.2008;Yah et al. 2008)。1998年,Martinez等在肺炎克雷伯菌中首次证实了质粒介导的喹诺酮类的耐药机制,并把质粒携带的引起喹诺酮类药物耐药的基因命名为qnr,随后很多研究也相继证明了该点(吴创鸿;2006Corkill et al. 2005;Cheung et al. 2005;Gay etal. 2006)。耐药质粒经常通过接合(Conjugation)或转化(Transformation)的方式在细菌间传递其携带的耐药基因,是抗性基因的主要传播途径。王晓泉等(2007)、Chen
(2004)、Lynne等(2008)和Yah Clarene(2008)的研究结果显示质粒通过接合作用传递相应抗生素抗性时频率一般在10-8~10-4之间,这些相似的研究均表明质粒介导的耐药性在细菌抗生素抗性的产生和播散中以较高的频率传递,并起着主导作用。
4.4.2 整合子及其转移介导的耐药性
1989年Stokes H W首次提出整合子概念。整合子(Integron)是存在于G-细菌中的一种基因捕获和表达的遗传基因单位。是一种能够运动的DNA分子,它的独特结构可捕获和整合外源基因,并使之转变为功能基因,并通过转座子或接合性质粒将多种耐药基因在细菌中水平传播。它可定位于染色体、转座子或质粒上。整合子基本结构由3部分组成(图1-1),两端是一段高度保守序列(Conservedsegament,CS),分别称作5’和3’CS。中间称作可变区(Variable region)。5’CS 区有一编码整合酶(Integrase)的intⅠ基因,一基因重组位点attI及启动子(P)。可变区由一个或多个外来插入的基因盒(Gene cassette)组成,基因盒由结构基因(多为耐药基因)和59碱基单元(Base element) 即attC组成。大多数3’ CS区有3个开放阅读框(Open reading frames, ORF):季铵盐化合物及溴乙锭的耐药基因(qacE △1 )、磺胺耐药基因( Sul I) 和功能不明的ORF5。整合子有三个功能元件,即1个编码整合酶的基因(intⅠ),一个重组位点attⅠ和一个启动子。它们都位于5’CS,intⅠ编码的整合酶能将游离的耐药基因盒整合到自身DNA上,同时具有将自身携带的基因盒从attI和attC上切除能力。至今在革兰氏阴性菌中已经研究的整合子有四类,每一类都含有不同的int基因,1类整合子最为普遍,它可以携带一个或多个耐药基因,这些基因多达40多种,是对多种抗生素耐药的原因,它们可以编码对氨基糖苷类、β-内酰胺类、氯霉素类、大环内酯类、磺胺类、防腐剂和消毒剂的耐药,亦有编码生物功能和毒力功能的基因(Martinez-Freijo et al. 1998;Rosser andYoung 1999;Vaisvilla et al. 2001)。
耐药基因盒的抗性基因由一个或多个编码耐药基因的可译框构成,基因盒可被整合到整合子启动子的下游位点,目前已经发现了超过75 种包括抗生素耐药在内的基因盒(Mazel and Davies 2001)。常见的有:(1)aad类(编码耐氨基糖苷类抗生素的氨基糖苷腺苷酰基转移酶),aad基因又分为A、B两类。aadA有7种,分别传递不同的耐药性,如aadA1传递对四环素的耐药性,aadA2传递对链霉素和大环内酯类抗生素的耐药性。aadB基因传递对庆大霉素、卡那霉素和妥布霉素的耐药性。(2)dfr基因家族。Dfr编码二氢叶酸还原酶,传递对甲氧苄啶类抗菌药的耐药性。dfr基因分为A、B两类,其中又分若干种,分别编码不同的酶。编码β-内酰胺酶和超广谱β-内酰胺酶的基因,如bla(PSE-1)、bla(CMY-2)、bla(VEB-1)、bla(GES-2)等,形成对青霉素类和头孢菌素类的耐药性。(3)其他基因如cat基因编码氯霉素乙酰基转移酶,aac基因编码氨基糖苷类乙酰基转移酶,oxa基因编码苯唑西林酶,aar基因编码对福利平的耐药,ere基因编码对红霉素的耐药等(陈红英等 2006)。国内外很多研究都表明,整合子与多重耐药有密切的关系(An et al.2006;An et al. 2006(b);Leverstein-van et al. 2003)。Ⅰ类整合子在许多国家的不同沙门氏菌血清型中已检测到(Hall 1993)。整合子还对耐药基因播散起着重要作用。在临床分离的抗生素耐药株中,整合子的阳性率很高,出现率从54%~75%不等(Chang et al. 2000;Zhao et al. 2005;Kelly et al. 2008)。整合子在多重耐药沙门氏菌中的存在及其在抗生素抗性传递中的作用已经被很多研究所证实(White et al. 2001;Chen et al. 2004;van Hoeka et al. 2005;Molla et al. 2007;Lynneet al. 2008)。
4.4.3 转座子及其转移介导的抗生素抗性
转座子(Transposon, Tn)是一种比质粒更小,能够随意在细菌染色体、质粒或噬菌体之间自行移动的DNA片段,也叫跳跃基因(Jumping genes)。转座子的中心区域多为编码一种或几种抗生素抗性和其他功能的基因。转座酶(Transfosase)能特异性识别转座子两端的反向重复序列,介导转座子与插入位点特异性重组。转座子移动时可将耐药基因在细菌质粒、染色体和噬菌体之间传递。又由于转座子本身可自主插入,不受供体菌和受体菌之间亲缘关系的影响,所以可造成耐药基因增多且在不同菌株、甚至不同菌属之间传播(Beuzon et al. 2004;Kelly et al. 2008)。研究表明(Pezzella et al. 2004;Pasqualiet al. 2005),含有四环素抗性基因(tetA)的转座子Tn1721和含有β-内酰胺类抗生素抗性基因(blaTEM-1)的Tn3- △ Tn1721转座子复合体已经在不同来源的各种血清型沙门氏菌中检出。
该帖子作者被版主
abcdefghijkl123加 2积分,
2经验,加分理由:不错的资料