细菌抗药质粒中抗性基因的转座作用

ER275、ER396(Tc~r、Ap~r、Cm~r、Sm~r、Su~r)与DR233、DR416(Tc~r、Cm~r、Sm~r、Su~r)是来自临床的抗药质粒。当带有这些质粒的菌株分别与大肠杆菌J5-3/R144drd3(Km~r)配对时,组成了两种质粒共存的菌株。用这种质粒共存的菌株作为接合转移的给体,并以Ap或Sm作为选择药物,得到ApKm或SmSuKm抗性类型的转移接合子,此种转移接合子能将ApKm或SmSuKm抗性作为一个单位连锁地转移到受体菌株,而且转移频率与R144drd3相似。 生化的研究表明,ER275、ER396质粒中的Ap抗性基因编码β-内酰胺酶,DR233与DR416质粒中的Sm抗性基因编码链霉素钝化酶,而带有Ap Km或Sm Su Km重组质粒的转移接合子也分别具有了合成这二种酶的能力。因此我们推测在ER275、ER396与DR233、DR416质粒中分别有可转座的Ap抗性基因与可转座的SmSu抗性基因存在。     

氨苄青霉素抗性基因从质粒ER396转座到φ80噬菌体基因组的研究

前已报道抗药质粒ER396(Tc~r、Ap~r、Cm~r、Sm~r、Su~r)带有可转座的Ap抗性基因。我们用φ80噬菌体感染带有ER396质粒的大肠杆菌,分离出一株能高频转导Ap抗性的噬菌体φ80 Ap。从:(1)φ80 Ap噬菌体的Ap抗性转导子对φ80噬菌体超感染具有免疫能力;(2)φ80 Ap噬菌体在接种有Ap敏感的大肠杆菌软琼脂平板上形成的噬斑中85％以上的噬斑,其中心的溶原菌都获得了对卸的抗性;（3） φ80噬菌体抗血清能同时中和φ80 Ap噬菌休的幻抗性转导能力与噬斑形成能力等结果,我们推测φ80 AP噬菌体是由于可转座的AP抗性基因从ER396质粒转座到φ80噬菌体的基因组中而形成的。     

转座子Tn233(CH)分子量的测定

转座子Tn233(CH)带有str sul抗性基因,最早是在痢疾杆菌的抗药质粒DR233(Tc~r Cm~r Sm~r Su~r)中发现的。现在通过菌株间的配对,将插入了Tn233(CH)转座子的质粒R144drd3::Tn233(CH)转移到E·coli C600/pBR322(Ap~r、Tc~r)细胞中,组成两种质粒共存的菌株。从此菌株中提取出质粒DNA,用转化方法使它转移到E.coli C600菌株,再从所得到的转化子中用复印方法筛选出Tn233(CH)转座到pBR322质粒的转化子E.coli C600/pBR322::Tn233(CH),然后提出此质粒DNA,经限制性内切酶BamHⅠ、EcoRⅠ、PstⅠ、HindⅢ与PvuⅡ等酶切后,在琼脂糖凝胶平板与聚丙烯酰胺凝胶柱上进行电泳分析,分别以BamHⅠ与EcoRⅠ双重酶解的λDNA、HindⅢ酶解的T5DNA、HaeⅢ酶解的M13 DNA与HaeⅢ酶解的pBR322 DNA作为泳动的标记,计算出质粒酶解片段的分子量,用此方法算出各片段分子量的总和为15.93×10~6道尔顿,此即为所求的pBR322::Tn233(CH)分子量,将此值减去pBR322的分子置2.87×10~6道尔顿,得到Tn233(CH)的分子量为13.06×10~6道尔顿。电泳结果还表明在Tn233(CH)DNA分子上,BamHⅠ、EcoRⅠ、PstⅠ、HindⅢ与PvuⅡ分别有5、9、1、6、2个切点数。     

转座子Tn4、Tn3与Tn233(CH)之间转座功能互补与转座免疫的研究

Tn4(sm~rSu~rAp~r)、Tn3(Ap~r)与Tn233(CH)(Sm~rSu~rHg~r)是结构上相关而且都属于TnA家族的转座子。据报道Tn4中还含有一个拷贝的Tn3。为了弄清它们在家系中的关系,我们进行了Tn4、Tn3与Tn233(CH)之间的转座功能互补与转座免疫的研究。结果如下:(1)当Tn4以反式状态存在时,Tn233(CH)转座功能缺失的tnpA~-变种(Ta233△E12)的转座能力可以恢复,但Tn3不能使之恢复;(2)Tn233(CH)能转座到质粒R144drd3::Tn4或R144drd3::Tn3上形成带二个转座子的质粒;(3)带二个转座子的质粒会失去二种不同转座子中的一种。当寄主细胞在无抗生素的营养培养基上移种5—15次后,仍带有二种转座子共存质粒R144drd3::Tn233::△E15::Tn233△B5的细胞的百分率只有8.3％;与此相比,在相同的情况下,带R144drd3::Tn4::Tn233(CH)的细胞的百分率为71.2—86.2％,带R144drd3::Tn3::Tn233(CH)的细胞的百分率为96.2％。     

质粒R144drd3对于大肠杆菌DNA复制发动突变型dnaP18的非整合抑制

通过接合转移,把F1、F11、P、W、X、Ⅰ型的14种质粒分别引入大肠杆菌复制发动突变型dnaP 18,发现只有Ⅰ型质粒R144对于dnaP18具有抑制作用,消阻遏质粒R144 drd3的抑制能力高于质粒R144约一万倍而达到完全的抑制。以下事实说明R144 drd3并不通过整合到dnaP18细菌的染色体上而带来对于dnaP18的抑制:(1)dnaP18(R144drd3)细菌的染色体标记的转移频率在10~(-7)以下,而其质粒标记Km~R的转移频率约10~(-1);(2)这些菌株的DNA抽提物的电泳图谱和电子显微镜照相都说明质粒DNA的存在。 用带有质粒R144 drd3的E.coli作为供体,用E.coli dnaP18菌株作为受体,通过噬菌体P1转导得到的两种Km~R转导子中一种能在42℃形成菌落,而另一种则不能;将转座子Tn10转座到R144drd3上以后,同样使受体成为能在42℃形成菌落或不能形成菌落两类。这些结果表明,质粒R144drd3上存在着与dnaP18抑制有关的特定区域或基因。     

大肠杆菌抗药性质粒R144drd3温度敏感突变型的分离

温度敏感突变型可用于研究DNA复制的控制机制,也可用于测定质粒的拷贝数,还可作为遗传分析研究的工具。抗药性质粒R144drd3是去阻遏、抗卡那霉素、Ej-质粒,转移频率在10^-3-10^-1之间,是国内外实验室在分子遗传学研究中常用的抗药性质粒。 我们用整体诱变的方法,获得了抗药性质粒R144drd3温度敏感突变型。对其中一菌株进行温度敏感效应侧定,42℃ 表现温度敏感。进行温度敏感部位测定,结果证明,大肠杆菌抗药性质粒R144drd3经诱变剂亚硝基腮处理后产生的温度敏感突变型属于抗性基因温度敏感突变型。回复突变频率为4.5 X 10^-8.     

大肠杆菌的一个转座子Tn2981的特性

在复旦大学校园分离到1株带有抗药性质粒pFD13(Sm~RSu~RCm~RTc~RHg~R)的大肠杆菌B7,并在pFD13上发现1个转座子,它带有链霉素(Sm~R)、汞盐(Hg~R)、磺胺嘧啶(Su~R)抗性基因,定名为Tn2981。Tn2981可以从质粒pFD13转座到质粒R144drd3上,也能从质粒转座到大肠杆菌的染色体上。这种转座作用不依赖于宿主细胞reeA的基因产物。经电子显微镜测量质粒pBR322::Tn2981及质粒pBR322的长度,换算后得到Tn2981分子量是12.48×10~6道尔顿,并经限制性内切酶酶切说明它含有6个EeoRI切点。     

转座子Tn233(CH)缺失突变株特性的研究

将带有质粒pBR322::Tn233(CH)(抗药类型为Ap~rTc~rSm~rSu~rHg~r)的大肠杆菌C600ML(多聚酶Ⅰ温度敏感突变株)在非允许温度条件下培养时,分离到12株营养缺陷突变型,其中10株的抗药类型为Sm~rSu~rHg~r,经质粒DNA提取与琼脂糖凝胶电泳分析表明,除1株(突变型3号)仍有质粒DNA外,其它9株细胞中的质粒DNA已不复存在。在12株中另外2株的抗药类型为sm~rSu~r(突变型19号与41号),它们也仍旧带有质粒DNA,经质粒抽提与限制性内切酶分析表明,这3种质粒(分别称为pTD3,pTD19与pTD41)DNA分别比pBR322::Tn233(CH)少了一些相邻的限制片段,经计算,pTD3缺失了1.33kb,pTD19缺失了7.22kb,pTD41缺失了9.09kb。从质粒的遗传图上可以看出,这3株缺失质粒都保留了pBR322载体上的DNA复制点与Tn233(CH)上的转座基因(TnpA),但是Tn233(CH)与pBR322相连处的两个末端反向重复顺序中的一个已经缺失,实验表明它们可能都失去了转座功能。对这些自发产生的缺失变种在转座子演化上的意义进行了讨论。     

转座子Tn233(CH)中抗性基因的定位

将Tn233(CH)从质粒DR233转座到可以扩增的质粒pBR322上,并绘制了包括7种限制性内切酶切点的pBR322:: Tn233(CH)DNA的限制图。经限制类型分析表明,链霉素抗性基因位于H3片段上,磺胺抗性基因位于H4片段上,汞盐抗性基因位于H1片段上。另外,B3片段上同时带有链霉素与磺胺的抗性基因,B1片段上带有汞盐抗性基因。     

转座子Tn233(CH)中链霉素和磺胺抗性基因的精确定位

重组质粒pTH3和pTB3分别是转座子Tn233(CH)中含Sm抗性基因和同时含Sm和Su抗性基因的DNA片段克隆到pBR322上得到的。将Tn5转座到pTH3或pTB3上,分离到一些对Sm敏感或仍有抗性的突变株。比较变种及亲本质粒DNA的限制图谱,测出了Tn5的插入位点,并测得pTH3的Sm抗性基因在大肠杆菌极大细胞中指令一个分子量约为32K的多肽合成。据此我们绘制了pTH3中Sm抗性基因的位置与长度。用相似方法也绘制出了Su抗性基因在pTB3上的位置与长度。利用Tn5的极性效应,推测Tn233(CH)中Su和Sm抗性基因不构成一个操纵子。     

耐辐射球菌recQ双突变株的构建及逆境分析

RecQ解螺旋酶是生物有机体在进化中高度保守的SF1超级家族解螺旋酶的一个亚族,它对维持基因组的稳定性有重要的作用。耐辐射球菌野生型菌株R1有两个具有特殊结构的解螺旋酶DR1289和DR2444,运用PCR突变法克隆具有自身groEL启动子、KAT启动子与卡那霉素抗性基因、氯霉素抗性基因融合的DNA片段反向重组到基因组中,首次构建并鉴定了卡那霉素抗性完全突变株ΔDR1289,氯霉素抗性完全突变株ΔDR2444,双突变株ΔrecQ。辐射条件下和H2O2氧化压力下突变株生存率结果表明:ΔDR2444与R1存活率趋势线基本一致,而ΔDR1289和ΔrecQ双突变株较为敏感。根据上述结果推测,DR1289是一个对R1保持极端抗性的必须基因,而DR2444则是极端抗性的非必须基因。     

嗜热脂肪芽孢杆菌抗药性质粒的转化

从堆肥和污泥中分得8株抗药性高温细菌,经电泳检查有质粒存在,对其中1株具有卡那霉素和链霉素抗性的嗜热脂肪芽孢杆菌T617-8的质粒DNA,用电镜测得分子量为26.6×10~6道尔顿。T617-8(Km~rSm~r)菌株经溴化乙锭处理后,对卡那霉素敏感,同时质粒消失。为此确证,卡那霉素抗性是由质粒所控制。以T617-8的质粒(Km~r)DNA,对消除质粒后的菌株(Sm~r)的原生质体进行转化,获得了抗卡那霉素和链霉素的转化子。     

RP4质粒及其带动的硫杆菌重组质粒psDt125在氧化硫硫杆菌中的接合转移

本实验选择了一种大肠杆菌(E.coli)和氧化硫硫杆菌(Thiobacillusthiooxidans)均能生长的接合培养基。以大肠杆菌E.coli C600(RP4)为供体,以氧化硫硫杆菌T.t-3为受体,通过接合,直接将RP4质粒转移到氧化硫硫杆菌中,其Km~r,Tc~r基因得到表达,但Ap~r基因不表达。再将RP4质粒反向接合转移到E.coliHB101上,其三个抗性基因均表达。并且利用RP4质粒的带动将硫杆菌重组质粒psDt125直接转入氧化硫硫杆菌,其Cm~r基因表达。从而为氧化硫硫杆菌的基因工程改造提供了一条简便可行的遗传信息转移途径。     

肠出血性大肠杆菌O157∶H7前噬菌体CP-933Y缺失突变株的构建

目的:利用Red重组系统敲除肠出血性大肠杆菌O157∶H7前噬菌体片段CP-933Y,进而构建CP-933Y缺失突变株。方法:以肠出血性大肠杆菌O157∶H7菌株为模板,加入酶切位点PCR扩增前噬菌体CP-933Y上、下游各600 bp的同源臂序列;酶切后分别连接到p UC19-kan质粒的卡那霉素(包含FRT位点)抗性基因两侧,构建中间是卡那霉素抗性基因标记含有目的基因上、下游同源序列的线性片段;导入含有p KD46质粒的O157∶H7菌株中,利用Red编码的同源重组酶使该片段与目的基因上、下游发生同源重组,卡那霉素抗性基因置换菌株中CP-933Y前噬菌体片段,最后导入p CP20质粒去除卡那霉素抗性标记基因。结果:经PCR及测序验证,O157∶H7菌株中前噬菌体片段CP-933Y被敲除,敲除株与野生株具有相似的生长曲线。结论:构建了大肠杆菌O157∶H7前噬菌体CP-933Y缺失株,为进一步研究前噬菌体CP-933Y的功能奠定了基础。     

肠出血性大肠杆菌O157∶H7 z1445基因缺失株的构建

目的:利用Red重组系统敲除肠出血性大肠杆菌(EHEC)O157∶H7的z1445基因,构建大肠杆菌z1445基因缺失突变株。方法:以O157∶H7为模板,PCR扩增目的基因两侧的同源臂序列,分别经酶切后连接到p UC19-kan质粒的卡那霉素抗性基因kan两侧,PCR获得中间嵌合kan基因(带有FRT位点)的同源线性片段,利用质粒p KD46敲除z1445基因,利用质粒p CP20去除抗性标记基因;PCR鉴定及测序验证目的基因缺失后,测定缺失株及野生株的生长曲线。结果:敲除了z1445基因,突变株与野生株的生长曲线接近。结论:构建了z1445基因缺陷型菌株,为进一步分析z1445基因在O157∶H7与宿主的相互作用中发挥的作用提供了材料。     

多粘芽孢杆菌质粒的研究 Ⅰ.多粘芽孢杆菌质粒的分离和鉴定

从多粘菌素E产生菌多粘芽孢杆菌中分离到两株药物抗性菌株,其中P19-4为双重抗生素抗性菌株(Ap~R、Sm~R),P250-2为多重抗生紊抗性菌株(Pen~R、Ap~R、Sm~R、Em~R、Tc~R、Nm~R、Cm~R、Km~R)。用吖啶橙消除质粒试验及亚硝基胍回复突变试验,初步证明抗生素抗性基因在质粒上,而决定多粘菌素E生物合成的基因可能在染色体上。用琼脂糖-溴化乙锭凝胶电泳分析在两株菌的DNA中鉴别出明显的质粒带,用电镜方法在两株菌的DN^制剂中均观察到共价闭合超螺旋和开放型环状两种构型的DNA分子。     

肠毒素质粒的研究III．耐药性产肠毒素大肠杆菌的质粒电泳分析

对20株人源耐药性产肠毒素大肠杆菌所进行的药敏,接合,质粒电泳及肠毒素检测结果表明：目前我省尚未发现天然形成的Ent-R重组质柱。在抗生素的选择压力下,12株多重耐产毒菌株中有8株其R质粒可与Ent质粒共传递给受体菌,使后者获得与供体一样的抗性与产毒性能,并在电泳中显示与供体一样的两条大质粒带,一条为分子量大于F质粒的R质粒带,另一为大小相当于F质粒的EⅡc质粒带。在一多重耐菌株中发现一t~#-T-,多次电泳仅只显示一条大于Ent质粒的质粒带,但兼具供体的抗性与产毒两种性能。此接合子在含药与不含药肉汤中连续传代以及再传递给另一受体菌后,其质柱带及两种性状均保持稳定。据此,我们推测此质粒带系由转座于插入而形成的EⅡt一“质粒重组体。 多重耐药性质粒与肠毒素质粒的共传递及其重组体的形成都将给腹泻的防治带来更大的困难,应予以重视。     

肠出血性大肠杆菌Ⅲ型分泌系统ATP水解酶escN基因突变株的构建

目的:利用λ噬菌体的Red重组系统敲除肠出血性大肠杆菌O157∶H7的Ⅲ型分泌系统ATP水解酶Esc N,构建大肠杆菌esc N基因缺失突变株。方法:以O157∶H7为模板,PCR扩增目的基因两侧的同源臂序列,分别酶切连接于p UC19-kan质粒上,PCR获得中间嵌合卡那霉素抗性基因(带有FRT位点)的同源线性片段,利用质粒p KD46和p CP20介导的重组技术敲除esc N基因,并去除抗性标记;PCR及测序验证目的基因缺失后,测定缺失株及野生菌株的生长曲线。结果:敲除了肠出血性大肠杆菌O157∶H7的esc N基因,突变株与野生株的生长曲线相近。结论:构建了Ⅲ型分泌系统缺陷菌株,为进一步研究Ⅲ型分泌系统因子在肠出血性大肠杆菌致病过程中的作用奠定了基础。     

IncFII-FIA-FIB型多重耐药质粒pBTR-CTXM的结构基因组学分析

【背景】IncFII-FIA-FIB型质粒广泛存在于肠杆菌科细菌中,介导了许多耐药基因的水平转移,并导致细菌多重耐药问题日益严重。【目的】分析IncFII-FIA-FIB型多重耐药质粒pBTR-CTXM的基因组结构,并研究其介导大肠杆菌BTR株的耐药基因水平转移机制。【方法】利用PCR进行耐药基因筛查;接合转移和电转化实验验证质粒pBTR-CTXM是否具备自主接合转移的特性;VITEK 2 Compact全自动细菌鉴定及药敏分析仪测定相关菌株对抗生素的药物敏感性;构建MatePair文库并进行细菌全基因组高通量测序和质粒结构基因组学分析。【结果】菌株BTR是携带blaNDM-1、blaCTX-M-15、blaTEM、qnrD、qnrS1、mph(A)、erm(B)和tetA(B)等耐药基因的多重耐药大肠杆菌,其中blaCTX-M-15、mph(A)、erm(B)和tet A(B)等耐药基因均位于大小为144 939 bp的质粒p BTR-CTXM (GenBank登录号MF156697)上,该质粒可与菌株BTR内质粒pNDM-BTR接合共转移到受体菌大肠杆菌EC600中。pBTR-CTXM具备IncFII-FIA-FIB型质粒典型的骨架区结构,其多重耐药(Multidrug-resistant,MDR)区由新的复合型转座子Tn6492、Tn2残余、Tn10残余、ISEcp1-blaCTX-M-15-Δorf477转座单元和一些插入序列组成。【结论】pBTR-CTXM中新复合型转座子Tn6492与Tn10残余和ISEcp1-blaCTX-M-15-Δorf477转座单元共同介导大肠杆菌BTR株的多重耐药与耐药基因的水平传播。     

四环素与3,4-苯并芘复合污染对抗性基因tetA(C)产生高抗性突变的影响

【目的】探究环境中同时存在低浓度四环素(tetracycline,TC)和3,4-苯并芘(benzo [a] pyrene,Bap)对抗性基因tetA(C)产生高抗性突变的影响。【方法】以大肠杆菌(Escherichia coli,E. coli)为宿主菌株,pACYC184质粒作为载体,四环素抗性基因tetA(C)作为研究对象,采用易错PCR构建基因文库的方法,建立基因突变位点对应高抗性的关系密码表。同时设置添加低浓度TC且添加0–30 mg/L Bap以及仅添加0–30 mg/L Bap的处理组,培养携带pACYC184质粒的大肠杆菌14 d,每组中随机挑选10株获得高抗性的菌株,对其中的tetA(C)基因片段进行测序,再结合突变位点密码表,计算高抗性菌株中由基因突变产生高抗性菌株的比例。【结果】测序结果显示在低浓度TC选择压力下,Bap浓度越高时,高抗性基因突变株占的比例也越高(P≤0.01),而不添加TC时,Bap浓度与高抗性基因突变株占比之间无变化规律(P0.05)。【结论】当环境中同时存在Bap和低浓度TC时,高抗性突变基因易于通过选择压力保存下来。