整合子-基因盒系统与细菌耐药机制的研究进展

大量研究表明整合子-基因盒系统是微生物耐药的主要机制,由其介导的耐药基因水平转移是细菌耐药机制产生的主要途径。已知的整合子被分为两大类：传统的整合子和超级整合子。前者存在于转座子、质粒和细菌染色体,其基因盒编码产物可使细菌耐受一种或多种抗菌药物及消毒剂;而后者则只存在于细菌的染色体上,它携带的基因盒更多,且其编码产物则更加复杂,目前只在特定菌株中发现超级整合子。本文就整合子的结构、分布、检测及它对细菌耐药性的影响等几个方面的研究进展进行讨论。     

金属离子抑制细菌整合子捕获耐药基因盒的机制研究

【目的】探索金属离子对整合子捕获耐药基因盒的影响及其相关机制。【方法】在大肠埃希菌中构建一个1类整合子捕获耐药基因盒的体内模型。通过实时荧光定量PCR(real-time fluorescence quantitative PCR,RT-qPCR)测定不同浓度银(0.3、0.9、1.5μg/mL的Ag+)和铜离子(5、50、100、150、210μg/mL的Cu²⁺)干预后实验组和无金属离子干预对照组整合子整合频率,并用表型筛选法验证。利用质谱法测量细菌吸收的金属离子浓度,并进一步通过转录组测序方法分析银离子抑制细菌整合子捕获耐药基因盒的分子机制。【结果】qPCR和表型筛选法的结果表明,0.9μg/mL银离子组整合频率为9.42×10^-5(6.49×10^-5,1.44×10^-4),1.5μg/mL银离子组整合频率为7.29×10^-5(4.45×10^-5,9.03×10^-5),与对照组2.59×10^-4(2.24×10^-4,3.33×10^-4)相比整合频率明显降低,差异有统计学意义(P<0.001)。而不同浓度铜离子组与对照组没有明显差异。转录组测序方法对银离子作用前后大肠杆菌基因表达水平进行对比分析,通过GO功能和KEGG通路富集发现,差异表达基因与甲基半乳糖苷转运(methylgalactoside transport)、麦芽糖转运(maltose transport)、磷酸烯醇式丙酮酸-甘油磷酸转移酶活性(phosphoenolpyruvate-glycerone phosphotransferase activity)和甘油激酶活性(glycerone kinase activity)等功能有关以及涉及氨基酸糖和核苷酸糖代谢(amino sugar and nucleotide sugar metabolism)、鞭毛组装(flagellar assembly)、阳离子抗菌肽(CAMP)耐药性[cationicantimicrobial peptide(CAMP)resistance]、果糖和甘露糖代谢和磷酸糖转移酶系统[phosphotransferase system(PTS)]等代谢通路。通过蛋白互作网络筛选出前12个枢纽基因(ptsG、malE、lamB、lacZ、malK、basR、ais、ugd、nagE、metN、malQ和malF)。【结论】一定浓度银离子可以抑制整合子整合耐药基因盒。铜离子对整合频率影响不明显,因此不是所有具有杀菌性的金属离子都能对整合频率产生影响。银离子抑制细菌整合子捕获耐药基因盒可能是通过影响麦芽糖转运和碳分解代谢来调控。然而,碳分解代谢和麦芽糖转运过程很复杂,需要进一步研究。目前尚无细菌整合子转录组学相关研究,这为解决细菌耐药性问题提供了一个新的途径。     

肠杆菌属细菌一类整合子及其基因盒特征

整合子是捕获、整合和表达外源基因的重要元件,可以加速抗生素抗性基因的传播。本研究分析了已完成全基因组测序肠杆菌属细菌一类整合子及其基因盒的存在情况与特征。实验表明,目前62个肠杆菌属细菌,包括40个阴沟肠杆菌、11个霍氏肠杆菌和11个其它肠杆菌都完成了全基因组测序,其中40.32%(25/62)肠杆菌属细菌含有一类整合子。在25个含一类整合子的肠杆菌中,72%(18/25)携带一个整合子,28%(7/25)含有多个整合子。25个肠杆菌共存在36个整合子,其中88.89%(32/36)位于质粒上,其余11.11%(4/36)位于染色体上。肠杆菌属细菌一类整合子整合酶基因(1 014 bp)高度保守,其中一个整合子整合酶基因发生了3碱基突变(3/1 014),7个发生2碱基突变(2/1 014),13个发生1碱基突变(1/1 014 bp),其余没有突变。25个含一类整合子肠杆菌共存在18种基因盒,其中dfrA1基因盒频率最高16.13%(10/62),其次是aadA1(8.06%, 5/62),接着是aacA27-ereA-IS1247-aac3-arr2-ereA基因盒(4.84%, 3/62),其他基因盒频率低于4.0%。本研究有助于了解一类整合子在肠杆菌属细菌产生抗生素抗药性中的重要作用。     

细菌整合子与移动性基因盒的研究进展

整合子是由整合酶基因、基因盒和基因盒附着位点三者组成的遗传元件.在整合酶介导下,整合子通过位点特异的重组系统获取并交换外源DNA(基因盒),即将基因盒整合到整合子上或将之从整合子上剪切下来,但是整合子本身不能够移动.本文综述了国外近年来关于整合子与基因盒的结构特征及其分类的研究近况,对了解整合子及与之密切相关的移动性基因盒在细菌的多重耐药和毒力研究中,尤其是在适应选择性压力下细菌基因组进化中的作用具有重要的意义.     

细菌多重耐药性的转移与基因盒-整合子系统

细菌的多重耐药已成为临床治疗的难题,近年来耐药基因转移的新机制与基因盒-整合子系统密切相关。本文就该系统的发展历史、整合子的结构与分类、基因盒的种类与表达、基因盒．整合子的检测方法及其多重耐药性传递的相关性作一全面阐述。     

产超广谱β-内酰胺酶细菌中I类整合子的研究进展

产超广谱β-内酰胺酶(Extended-spectrum beta-lactamase, ESBLs)细菌的多重耐药性是临床用药的一大难题, 近年研究发现其耐药性的产生与整合子密切相关, 其中临床最常见、研究最深入的是I类整合子。整合子是一种可移动基因元件, 在整合酶的作用下捕捉外源基因盒并使之表达, 是具有基因整合和切除功能的天然克隆和表达系统。研究表明I类整合子可连续捕捉和整合多种耐药基因, 以质粒或转座子为载体在细菌之间传播耐药性, 使ESBLs细菌多重耐药趋势十分严峻。本文就I类整合子的结构特征、I类整合子对耐药基因盒的整合作用及其与ESBLs细菌耐药性的关系等方面进行综述。     

整合子与细菌耐药性的相关研究进展

整合子是广泛存在于细菌中的一种可移动基因元件,它可以捕获外来基因盒并使其在细菌体内得到表达,在细菌耐药性的传播过程中扮演着重要角色。过去研究认为,细菌耐药是在质粒及转座子~([1])等基因水平上广泛传播,近几年大量研究表明,细菌可通过位点特异性重组的方式将耐药基因盒捕获并整合到自身的染色体或者质粒DNA上,即细菌体内存在一种天然的基因克隆表达系统——整合子。细菌耐药的高频次出现已成为临床医疗工作中的瓶颈,整合子不仅在细菌耐药中起关键作用,而且在细菌适应性及基因进化中具有普遍又重要的意义。     

整合子与细菌耐药性

整合子是由1个编码整合酶的intI基因、2个基因重组位点、启动子和耐药基因盒组成,根据整合酶的DNA碱基序列的不同分为4类,它能通过位点的基因重组机制使耐药基因移动,传递细菌耐药性,并与多重耐药性相关。     

产超广谱β-内酰胺酶大肠埃希菌Ⅰ类整合子检测与耐药性关系

目的了解I类整合子在产ESBLs和非产ESBLs大肠埃希菌中分布状况,分析I类整合子在细菌多重耐药中的作用。方法用PCR方法扩增I类整合酶基因,经电泳后检测扩增产物。用2χ检验进行统计学分析,P<0.05为差异有显著性。结果105株大肠埃希菌检出I类整合子46株,检出率为43.8%。I类整合子在产ESBLs菌的检出率为53.4%,明显高于非产ESBLs菌(31.9%),2χ检验,P<0.01。I类整合子阳性菌株多重耐药率为68.8%(33/48),明显高于阴性菌株(33.3%),P<0.05。I类整合子阳性菌株和产ESBLs菌均对青霉素类、喹诺酮类、磺胺类抗生素表现出较高的耐药率。所有菌株均对亚胺培南敏感。结论I类整合子携带与产ESBLs菌株耐药有关,I类整合子阳性菌株对多种抗生素的耐药率大于整合子阴性菌株。     

100例鲍曼不动杆菌的耐药性与整合子表达及耐药基因分析

目的 了解鲍曼不动杆菌的耐药性和整合子表达及耐药基因携带情况.方法 收集100株鲍曼不动杆菌,以VITEK-64系统鉴定细菌,并进行14种抗生素药敏试验,通过PCR法检测Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类整合酶基因(intI1、2、3)及Ⅰ类整合子可变区基因盒,并对基因盒测序.结果 除阿米卡星和头孢哌酮/舒巴坦,鲍曼不动杆菌对其他12种抗菌药物耐药率均大于60.0％,多重耐药率为88.0％.鲍曼不动杆菌整合酶基因阳性率为64.0％,均为intI1,整合子阳性菌株对多数药物的耐药率显著高于整合子阴性者(P＜0.05).intI1阳性菌株中,84.4％ (54/64)扩增出整合子可变区,检出3种耐药基因盒组合形式:aac(6’)-Ib-cr-arr-3-dfrA27 14株、aacA4-catB8-aadA1 24株、aacC1-orfA-orfB-aadA1 16株.结论 临床分离的鲍曼不动杆菌多重耐药与Ⅰ类整合子表达有关.Ⅰ类整合子主要携带早期使用的氨基糖苷类抗菌药、甲氧苄啶和氯霉素耐药基因.     

产ESBLs大肠埃希菌整合子及其相关基因盒的研究

目的检测产超广谱β-内酰胺酶（ESBLs）大肠埃希菌中整合子的整合酶及插入的相关基因盒情况,分析整合子对细菌耐药性的影响。方法采用K-B琼脂扩散法对45株临床分离的产ESBLs大肠埃希菌进行药敏试验;应用PCR法检测45株产ESBLs大肠埃希菌Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类整合子;对Ⅰ类整合子阳性菌进行整合子相关基因盒检测。结果45株菌中有27株（60．0％）含有Ⅰ类整合子,没有检测到Ⅱ类和Ⅲ类整合子阳性菌。在Ⅰ类整合子阳性菌中,有23株携带Ⅰ类整合子相关基因盒（85．2％）,5种不同的基因盒图谱,片段大小在600～2322bp,分离自同一科室的部分菌株携带大小相同的基因盒;Ⅰ类整合子阳性菌株的耐药率高于整合子阴性的菌株。结论Ⅰ类整合子及整合子相关基因盒在产ESBLs大肠埃希菌株中分布广泛,整合子在细菌耐药中发挥作用。     

细菌染色体第1类整合子捕获耐药性基因盒反应模型的构建

【背景】整合子在细菌耐药性的获得及传播中占据重要地位,对于整合反应检测方法的改良及反应机制的研究,可以加深我们对细菌耐药性产生和播散的理解,为遏制耐药菌株的产生和播散提供新的途径。【目的】在细菌染色体上构建第1类整合子反应模型,用于评价整合酶介导的基因盒位点特异性重组。【方法】 PCR分别扩增含氯霉素耐药基因cat的CM片段、含基因盒aadA5的LacA5片段、含整合子重组位点attI1及强可变区启动子的PcS片段和插入位点两侧的同源臂,重叠延伸聚合酶链反应连接上述5个片段制备整合子模型插入片段,通过同源重组将构建好的整合子模型片段插入大肠埃希菌JM109染色体中。转入高表达第1类整合酶的质粒pHSint,在链霉素平板上筛选发生整合的菌株,并经聚合酶链反应和测序验证。【结果】构建的整合子模型片段经测序与预期一致,整合子模型片段成功插入大肠埃希菌JM109染色体中。转入高表达整合酶的质粒pHSint后,在链霉素平板上成功筛选出基因盒aadA5发生整合的菌株,经聚合酶链反应扩增并测序与预期一致。【结论】在大肠埃希菌染色体上成功构建第1类整合酶介导基因盒位点特异性重组反应模型,为进一步揭示整合子捕获耐药性基因盒的反应机制奠定基础。     

霍乱弧菌N16961超级整合子重复序列及基因盒分析

目的:确定O1群El Tor型霍乱弧菌N16961超级整合子(SI)中霍乱弧菌重复序列(VCR)的序列特点,以及VCR和基因盒的数量及位置。方法:用局部序列比对软件BLAST将VCR参考序列与霍乱弧菌N16961的Ⅱ号染色体进行比对,用Artemis Comparison Tool查看比对结果获得比对区域的位置信息,并采用perl语言脚本获得霍乱弧菌N16961的Ⅱ号染色体VCR相应区域的序列;用全局比对软件Clustal W将上一步获得的所有VCR序列进行多序列比对,采用perl语言脚本处理比对结果获得一致性序列;用MEGA4.0软件查看多序列比对结果,并采用perl语言脚本计算各位置变异频率,据此分析霍乱弧菌N16961的Ⅱ号染色体上VCR和基因盒的特点。结果:在N16961的超级整合子中有158个VCR,其核苷酸长度为117～124 bp;其一致性序列有126个核苷酸,其中37个为保守核苷酸位点,89个为可变核苷酸位点;139个VCR与相邻的VCR之间至少有1个基因,19个VCR相互之间没有任何基因;N16961的SI中共存在146个基因盒,基因盒大小为390～5924 bp不等,每个基因盒中整合的基因数目为1～9个不等。结论:建立了SI中VCR和基因盒的分析流程,分析了SI中VCR的保守及变异位点,明确了霍乱弧菌N16961的SI中VCR和基因盒的信息,为霍乱弧菌和其他细菌中SI的研究提供了分析基础。     

多重耐药鲍曼不动杆菌耐药性及β-内酰胺酶耐药基因的研究

研究多重耐药鲍曼不动杆菌的耐药性及β-内酰胺酶耐药基因的携带情况。采用VIKET Compact 2 全自动细菌鉴定系统进行细菌鉴定,采用纸片扩散法（K-B法）测定鲍曼不动杆菌对抗菌药物的耐药性,应用聚合酶链反应（PCR）法检测β-内酰胺酶耐药基因。32株多重耐药鲍曼不动杆菌对13种常用抗菌药物的耐药率均>80%,对亚胺培南和美罗培南耐药率分别高达78.1%和71.9%,头孢哌酮/舒巴坦耐药率31.3%,多粘菌素B抗菌活性最好,耐药率0%。检出超广谱β-内酰胺酶（ESBLs）和头孢菌素酶（AmpC）耐药基因,未检出金属β-内酰胺酶（MBLs）耐药基因。32株多重耐药鲍曼不动杆菌TEM基因均阳性,17株检出PER基因,29株检出ADC基因。有16株菌同时携带TEM、PER、ADC基因。结果表明,同时携带TEM、PER、ADC基因是安徽医科大学解放军174临床学院鲍曼不动杆菌产生多重耐药性的原因之一。     

环境中抗生素抗性基因与I型整合子的研究进展

抗生素抗性基因(Antibiotic resistance genes,ARGs)作为一种新型污染物在不同环境中广泛分布、来源复杂,对生态环境和人类健康造成了很大的潜在风险。同时,Ⅰ型整合子(Int Ⅰ)介导的ARGs水平转移是环境中微生物产生耐药性的重要途径,Ⅰ型整合子整合酶基因(intI1)与ARGs丰度在环境中表现出了较高的正相关性,Int Ⅰ可以作为标记物在一定程度上反映ARGs在环境中的迁移转化规律和人类活动影响程度。本文介绍ARGs与Int Ⅰ在环境中的来源与分布,总结Int Ⅰ介导的ARGs迁移转化机制以及相关研究方法,并展望未来的研究发展趋势。     

鲍曼不动杆菌整合子介导耐药机制的初步研究

【摘 要】 目的 研究整合子参与鲍曼不动杆菌耐药的分子机制。结果 收集2008年1月至2011年12月瑞安市中医院临床分离的200株鲍曼不动杆菌,采用K-B法进行体外药敏试验,采用聚合酶链式反应进行整合子整合酶基因的检测;整合子可变区扩增、克隆、测序,分析整合子基因结构。结果 59.0%的医院感染鲍曼不动杆菌Ⅰ类整合子阳性,未检测出Ⅱ、Ⅲ类整合子;编码对氨基糖苷类、磺胺类抗菌药物和氯霉素耐药的基因;整合子阳性组多药耐药菌均明显高于阴性组。结论 Ⅰ类整合子在医院感染鲍曼不动杆菌中广泛分布,可通过质粒在不同菌属间水平传播,在耐药基因传播中起重要作用,应引起临床足够的重视。     

1株多重耐药肺炎克雷伯菌耐药基因和整合子、转座子遗传标记研究

目的 了解多重耐药肺炎克雷伯菌的耐药基因存在状况和遗传学背景。方法 聚合酶链反应(RCR)法对多重耐药的肺炎克雷伯菌进行β-内酰胺酶基因、氨基糖苷类修饰酶基因、质粒AmpC酶基因、qacEΔ1-sull耐消毒剂和磺胺基因、整合子遗传标记(整合酶基因)、Tn21/Tn501转座子遗传标记(汞离子还原酶基因)检测。结果 TEM、SHV型β-内酰胺酶基因, DHA型质粒AmpC酶基因,aac(6′)-1型氮基糖苷类修饰酶基因,qacEΔ1-sul1耐消毒剂和磺胺基因,整合子遗传标记(intI1整合酶基因),Tn21/Tn501转座子遗传标记(merA汞离子还原酶基因)检测阳性。结论 多重耐药肺炎克雷伯菌存在多种耐药基因和Ⅰ类整合子、Tn21/Tn501转座子。     

多重耐药铜绿假单胞菌中Ⅰ型整合子新结构的发现及其与耐药的相关性

[目的]研究临床多重耐药铜绿假单胞菌中Ⅰ型整合子的结构特征,探讨整合子与细菌多重耐药之间的相关性.[方法]收集临床样品中的铜绿假单胞菌,从中挑选多重耐药菌.采用聚合酶链式反应扩增Ⅰ型整合子可变区,应用酶切方法和DNA测序技术分析整合子基因结构,并采用SPSS19.0软件分析整合子与耐药表型间的相关性.[结果]多重耐药铜绿假单胞菌中Ⅰ型整合子的检出率为27.3％.Ⅰ型整合子基因盒排列形式共有3种(1500 bp、2300 bp和4000 bp),其中2种在其他细菌中也有发现.基因盒所编码的耐药基因有氨基糖苷类抗生素抗性基因(aadA、aadB、aac(6')Ⅱ和aadA13)、β-内酰胺类抗生素抗性基因(blaCARB8和oxa10)和氯霉素外排泵基因(cmlA8),耐药表型相关性分析表明整合子与氨基糖苷类抗生素抗性密切相关.[结论]在多重耐药铜绿假单胞菌临床分离株中发现了3种不同Ⅰ型整合子结构,这3种结构中均含有氨基糖苷类抗生素耐药基因,其中aadB-aac(6')Ⅱ-blaCARB8结构最为流行.     

产ESBLs肺炎克雷伯菌Ⅰ类整合子基因盒的研究

目的探讨整合子参与产ESBLs肺炎克雷伯菌多重耐药的分子机制。方法整合酶基因扩增法检测Ⅰ类整合子;整合子可变区扩增并测序。结果8株产ESBLs肺炎克雷伯菌中有7株Ⅰ类整合子检测阳性,其中4株耐药基因盒为dfrA12-orfF—aadA2,2株为dfrA17-aadA4／aadA5,I株为aadA2,1株未检测到耐药基因盒。结论整合子介导的耐药基因盒参与了产ESBLs肺炎克雷伯菌多重耐药的形成,应引起高度重视。     

多重耐药铜绿假单胞菌Ⅰ类整合子-基因盒的检测与分析

目的检测多重耐药铜绿假单胞菌(multi-drug resistant pseudomonas aeruginosa,MDRPA)携带Ⅰ类整合子-基因盒,分析其与耐药表型的相关性。方法使用K-B纸片扩散法(简称K-B法)进行药敏试验,确定菌株耐药表型;用PCR扩增Ⅰ类整合酶基因及可变区的基因盒,并进行测序及序列分析。结果 23株MDRPA中19株检出Ⅰ类整合酶基因,其中15株携带基因盒,基因盒结构共有6种。其中6株携带aad A4a、3株携带aac A4-cat B8-aad A1、1株携带aac(6’)lai-orfv-aad A1-qac EΔ1-sul、3株携带blaIMP-6-qnr-aac A4-blaOXA-1-aad A1-qac E△1-sul、1株携带permease of ABC transporter gene、1株携带bacteriophage protein gene。在15株携带Ⅰ类整合酶基因盒的可变区中,检出8种耐药基因和2种新型基因盒。结论 MDRPA携带的Ⅰ类整合子-基因盒结构具有多样性,与菌株的多重耐药表型密切相关;检出两种新型基因盒,分别是ABC转运系统蛋白和噬菌体蛋白的编码基因。这两种新型基因盒的功能尚不清楚,特别是它们与菌株耐药性的关系,有待进一步研究。