基因捕获元件int1和ISCR1在临床菌株中的分布及与细菌耐药性的关系研究
2022-11-17
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中国人兽共患病学报 646 Chinese Journal of Zoonoses 20l3,29(7) DOI:10.3969/c]z j.issn.1002—2694 2013.07 002 基因捕获元件intl和ISCR1在临床菌株中的 分布及与细菌耐药性的关系研究 陈 霞 ,袁 敏 ,李桂喜 。陈 燕。,禹惠兰 ,李 娟 摘 要:目的 研究临床多种细菌中的I型整合酶编码基因intl和ISCR1的分布情况,探究其与细菌多药耐药表型的关 系。方法 收集2011—2012年河北省某医院临床菌株,应用VITEK ̄2 cOMPACT全自动微生物生化鉴定系统和16S rDNA序列分析进行种属鉴定,利用PCR方法进行intl基因和ISCR1筛查;两种可移动元件的携带情况和菌株的多药耐药表 型之间的关系采用卡方检验进行统计计算。结果 共收集临床菌株372株,包括325株革兰氏阴性菌和47株革兰氏阳性菌; intl基因和ISCR1在22种(属)175株和18种(属)90株革兰氏阴性细菌中检出,同时在l7种(属)71株革兰氏阴性细菌中检 出,革兰氏阳性细菌intl基因和ISCR1检测均为阴性;通过对数据分层对比,统计分析发现,在intl基因不存在时,ISCR1的 存在与否与菌株是否为多药耐药的关系明显,差异有统计学意义(P<0.O1),其存在亦能介导更广泛种类药物耐受,差异亦 有统计学意义(P<0.01)。在intl基因存在时,ISCR1的存在能介导更广泛种类药物耐受,差异有统计学意义(P一0.02);在 ISCR1不存在时,intl基因的存在与否与菌株是否多药耐药的关系明显,差异有统计学意义(P<0.01),其存在亦能介导更广 泛种类药物耐受,差异亦具有统计学意义(P<0.01)。而在IscR1存在的情况下,上述两种关系不明显。结论 基因捕获元 件intl基因及ISCR1在革兰氏阴性临床菌株中分布广泛,并与细菌的多重耐药、泛耐药明显相关,特别是ISCR1;应加强可移 动元件intl基因或IscR1流行状况的监测,为其在耐药基因捕获中的作用机制研究和控制多药耐药细菌在临床散播提供可 靠的基础数据。 关键词:intl基因;ISCR1;复合型I型整合子;多药耐药 中图分类号:R378 文献标识码:A 文章编号:1002—2694(2013)07—0646—07 Dissemination of intl gene and ISCR1 and their relations with multi—drug resistance in clinical isolates CHEN xia ,YUAN Min ,LI Gui—xi ,CHEN Yan。,YU Hui—lan ,LI Juan (1.State Key Laboratory for Infectious Disease Prevention and Control,Institute for Communicable Disease Control and Prevention,Chinese Centre for Disease Control and Prevention,Beijing 102206,China; 2.Department of Clinical Laboratory,Hospital of the PLA 251,Zhangjiakou 075000,China) ABSTRACT:In order to investigate dissemination of gene—capturing elements,intl gene and ISCR1,and to research their relationship with muhidrug resistance among clinical isolates,372 different species of bacteria,including 325 gram negative bacteria and 47 gram positive bacteria,were collected form one hospital of Hebei Province during 201l and 2012.Among them, intl gene were detected in 22 species( :175)and ISCR1 were detected in 17 species(n=90)of gram negative clinical iso— lates.respectively.The int1 gene and ISCR1 were both detected in 17 species(n一71)of isolates,simultaneously.It was ob served that intl gene and ISCR1 were widely disseminated in gram negative clinical isolates.There was significant correlation between the presence of ISCR1 and muhidrug resistance(P<0.01),when intl gene was absent.The correlation between ISCR1 and pan-drug resistance was significant(P<O.05).There was significant correlation between the presence of intl gene and muhidrug resistance(P<O.01),and the presence of intl gene and pan—drug resistance,when ISCR1 was absent.The ob— servation of this study showed that there was a significant correlation between intl gene and ISCR1 and muhidrug resistance.It could give data support and important information for intensive 传染病预防控制国家重点实验室面上项目(No.2012SKI ID205)和 中国CDC青年科研基金(No.2013A101)资助 research of multidrug resistance in clinica1 isolates,and the con— 通讯作者:李娟,Email:lijuan@icdc.cn trolling of muhidrug bacteria dissemination in clinical treat— 作者单位:l|中国疾病预防控制中心传染病预防控制所,细菌耐药 室,传染病预防控制国家重点实验室,北京 102206; 2.中国人民解放军第二五一医院检验科,张家口 075000 ment. KEY WORDS:intl gene;ISCR1;complex class 1 inte gron;muhidrug resistance 7期 陈 霞等:基因捕获元件intl和ISCR1在临床菌株中的分布及与细菌耐药性的关系研究 649 Amin@ycosides Gentamicin 8 >16 8 ≥l6 8 >16 Penems Imipenem 2 ≥4 8 >16 8 >16 Cephems Cehzolin 4 ≥8 4 ≥8 4 =≥8 Cd0taxime 8 >16 16 >32 16 >32 Ce{epime 1 6 >32 1 6 >32 l6 >32 Monobaetams Aztreonam 8 >16 】6 ≥32 】6 >32 Penicillins Ampicillin 1 6 >32 16 >32 16 >32b Piperacillin 32—64 >1 28 32—64 >1 28 32—64 >1 28  ̄-Lactam/ 1ac an1ase inhibi—Am。icillin/sulbaccam 1 6/8 >32/16 1 6/8 >32/16 tor combinations ‘ 16/8 >32/16 PiDeraci11in/taz0bactam 32/4—64/4>128/4 32/4—64/4>128/4 32/4—64/4>128/4 Trimethopfim-sulhmmhox Folate pathway inhibitors >4/76 azde >4/76 42/38e ~e >4/76e 42/38 >4/76 42/38 Quin01ones Ciprofloxacin ≥4 ≤1 ≥4 ≤1 ≥4 41 ≥4 Tetracyclines Tetracycli0 0 ne ¨ ¨兰宝 一 >16 44 >16f 44 >1 6 44 >16 Note:a:S,sensitive breakpoint;I,intermediate breakpoint;R,resistant breakpoint. ;; “1 b:Ce/'azolin and ampicillin breakpoints for P.aeruginosa,Aci删 netobacter spp.,and other non-Enterobacteriaceae were ab— sent in CI SI 201 1,and the breakpoints for Enterobacteriaceae were cited here; C:Aztreonam breakpoints for Acinetobacter spp.were absent in CLSI 2011,and the breakpoints for other non-Enterobac— teriaceae were cited here; d:Ampicillin/sulbactam breakpoints for P.aeruginosa and other non-Enterobacteriaceae of isolates were absent in CI SI 20 1 1,and the breakpoints for t ̄nterobacteriaceae were cited here; e:Trimethoprim-sulfamethoxazole breakpoints for P.aeruginosa were absent in CLSI 201 1,and the breakpoints for other non-E £er06ac£8r 口c 以 were cited here。 f:Tetracycline breakpoints for P.aeruginosa were absent in CI SI 201 1,and the breakpoints for other nod—Enterobacteri— acea were cited here. 义(P<0.01, 值为72.34),与耐受药物种类问的 盒 ]。本研究对临床收集送检的372株独立菌株调 差异亦具有统计学意义(P<0.01, 。值为90.76)。 查发现,intl基因阳性率达47.0 ,即接近一半的 而在ISCR1存在的情况下,intl基因的存在与否与 细菌携带可能存在I型整合子结构。intl基因在21 菌株是否为多药耐药菌株的关系间(P=0.362, 。 个种(属)的革兰氏阴性菌间广泛分布,该结果佐证 值为0.83)及与药物耐受种类间(P一0.362, 。值为 了已有研究报道的I型整合子在多种革兰氏阴性菌 2.031)的差异均无统计学意义。 间广泛分布这个观察现象。结果表明intl基因在 不动杆菌属、假单胞菌属、肠杆菌科的细菌中分布较 3讨 论 广,这些均为临床经常分离到的病原微生物,提示应 3.1 I型整合子及ISCR1在不同种革兰氏阴性细 加强临床对于上述种类细菌的整合子检测、监测工 菌间广泛分布 整合子被认为是与细菌多种耐药基 作。 因水平传播相关的关键因子之一,研究表明整合子 目前研究认为ISCR1与复合型I型整合子的 能够不断通过其上游的整合酶从周围环境捕获耐药 移动相关,研究推测其能通过滚环复制对临近多类 基因盒,从而使细菌具有多药耐药性[1]。同时整合 耐药基因进行转座。ISCR1基因是其中最早发现和 子能通过存在于质粒或染色体上的各种可移动元 命名的,已经发现和多类耐药因子捕获和转移密切 件,在细菌间进行基因水平转移,造成耐药性的广泛 相关,近年来备受关注[3]。在多种革兰氏阴性菌中 播散El-a]。I型整合子是整合子家族中最常见的一 均有发现,推测其可通过滚环复制将其下游多种类 型,在革兰氏阴性细菌中广泛检出。检测I型整合 耐药基因进行细菌间水平转移,如氨基糖苷类、喹诺 酶可以初步判断细菌是否携带整合子及耐药基因 酮类、G一内酰胺类、酰胺醇类耐药基因等,是介导细 65O 中国人兽共患病学报 表2 372株临床分离菌株种类及|ntl基因、1SCR1检出情况(单位:株) Tab.2 Dissemination of Intl gene and ISCR1 among 372 various species of clinical isolates ISCR1 Bacteria1 name Number pos ̄tlve(u/0) . ,n/、 2013,29(7) ntl and positive(%) ISCR1 positive(%) Acinetobacter spp. Klebsiella oxyioca 21(33.9) l2(50) 25(54.4) l(100.0) Pseudomonas aeruginosa Pseudomonas putida Pseudomonas mendocina 0(0) 1(100.0) 1(33.3) 0(0) O(O) Pseudomonas fluorescens Stenotrophomonas maltophilia Sphingomonas paucimo6itis B“r ^oZ er n cepacia Shewanella putrefaciens Serratia marcescens 0(0) 10(76.9) Serratia liquefaciens 怕 Serratia p ̄ymithica Escherichia col 。。 盯 2(50) 。。 。。1(100.0) 49(86.O) 19(38.8) Klebsiella pnenmoniae Proteus mirabilis Proteus vulgaris Enterobacter cloacae Enterobacter aerogenes Enterobacter interraedius Fmterobacter amnigen“s Enterobacter hormaechei Morganella morganii 2(33.3) 1(33.3) 15(71.4) 5(83.3) 0(0) 0(0) 1(1OO) 一一㈣㈣㈣㈣㈣㈣㈣㈣一一一一一一一一一㈣㈣一一一一㈣㈣一一㈣㈣㈣㈣㈣㈣0 广. 3(60) 2(25) 2(1OO) O(0) Citrobacter freundii Citrobacter braaki Citrobacter koseri Pantoea aggLomerans 0(0) 1(100) 1(100) Providencia rettgeri Aeromonas sobria stnphylococcns aure ̄s ㈣一㈣㈣㈣㈣㈣㈣㈣㈣一一一一一一一一一㈣㈣一一一一㈣㈣一一㈣㈣㈣㈣㈣㈣2∈( (7 ( 1 23(((( l 1 O 】 O(0) 0(0) 0(0) 0(0) 0(0) 0(0) 175(47.0) StnphylococcHs epidermidis S n Sf Z0focf“ haemolyticus f0c0cf“ saprophyticus Enterococcus faecium Enterococcus Total ecalis 表3 325株革兰氏阴性菌株intl基因、ISCR1携带情况和菌株多药耐药情况 Tab.3 Distribution of intl gene,ISCR1 carrying and multidrug resistance among 325 gram negative isolates Note:‘4-’indicated gene positive,and‘一’indicated gene negative 7期 陈 霞等:基因捕获元件intl和ISCR1在临床菌株中的分布及与细菌耐药性的关系研究 651 表4 325株革兰氏阴性菌株intl基因、ISCR1携带情况和菌株多药耐药情况统计用分层信息 Tab.4 Hierarchic information of intl gene,ISCR1 carrying and multidrug resistance among 325 gram negative isolates using for statistics ~ + ~ 7 O O 2 + + 3 u 3 O 1 4.23 4 5.63 64 90.15 71 4 9 4 2 3 2 3 O l 7O 53.44 33 25.19 28 21.38 131 2 1.92 21 20.19 81 77.89 1O4 + 0 2 2 0 0 O 19 1OO 19 5 O O 3 1 l 4.23 4 5.63 64 7l 9 9 菌多药耐药性散播的重要因子之一[2 31 8。本研究从 菌株为多药耐药(160/325,49.2%),有32株细菌对 8 9 l 372株不同种类的临床送检分离的菌株中检测到9O 受试的9类抗菌药物全部耐药,提示临床泛耐药、全 株细菌存在ISCR1,分布于17种(属)革兰氏阴性菌 耐药菌株的广泛散播。通过将两种重要的可移动元 株间,证实ISCR1相对广泛的菌种分布特点,也为 l 2 O 7 件携带情况和革兰氏阴性细菌的多药耐药情况进行 1 O 7 ISCR1可在多种革兰氏阴性细菌间广泛传播提供新 3 8 8 9 比对分析后发现,可移动元件在革兰氏阴性细菌中 的确实证据。ISCR作为一个新进被认识的和耐药 的流行分布与多药耐药表型存在有明显关联。 基因转移相关的元件,国内认识尚在起步阶段,研究 统计分析证实IsCR1的存在对于菌株成为多 较少,报道多集中于大肠埃希氏菌、肺炎克雷伯氏 药耐药菌以及耐受更广泛种类的药物有明显贡献。 1 0 4 菌、鲍曼氏不动杆菌等细菌[s,auo]。本研究从临床分 通过分层统计计算结合表4,我们可以推断,当intl 离到的细菌中,检测到9O株携带IScR1,这些菌株 基因不存在时,如存在IscR1,能使细菌更加有可能 中除包括上述在国内已报道的菌种外,另有普通变 成为多药耐药菌株(100 >25.19 +21.38 ), 形杆菌、雷氏普罗维登斯氏菌、布氏枸橼酸杆菌、产 且ISCR1存在能使细菌耐受更多种类的药物(6-9 气肠杆菌等多种细菌,这证实我国ISCR1在多种革 类药物);而在intl基因存在时,结合表4可推断, 兰氏阴性细菌中的广泛分布。结果提示ISCR1在 相比较单独存在intl基因的菌株来说,如果菌株同 我国临床多种类菌株间广泛存在,这可能导致多药 时携带ISCR1,则,能耐受种类更多的药物(6-9类 耐药性细菌的产生和传播。 药物)。这说明不论intl基因的存在与否,ISCR1 3.2 Intl基因、ISCR1与革兰氏阴性细菌多药耐 的存在的确和菌株的多药耐药表型存在明确关联, 药性的关系 研究发现ISCRl经常与I型整合子 且其对菌株耐受更广泛种类药物的表型有着更加显 “共存”于同一菌株中形成ISCR1复合型I型整合 著的作用。而ISCR1不存在时,结合表4我们能够 子结构,贡献多种耐药基因的捕获和移动l3 ]。已 推断,intl基因的单独存在也能使细菌更容易成为 有研究证实I型整合子和ISC.R1均是介导细菌多 多药耐药菌株(20.19 +46.29 >25.19 + 药耐药性水平传播的关键可动因子,通过在细菌染 21.38 ),且其存在也能使细菌耐受更多种类的药 色体或质粒的固定位点整合及插入导致多种耐药基 物(6-9类药物)。但在ISCR1存在的情况下,intl 因的散播[3 ¨]。 基因的存在与否和菌株多药耐药表型间并没有统计 本研究发现325株革兰氏阴性细菌中,多药耐 学关联,这意味着存在ISCRl的前提下,intl基因 药菌株普遍存在(218/325,67.7 ),且接近一半的 的存在对细菌多药耐药表型及耐受更广泛种类药物 652 中国人兽共患病学报 2O13,29(7) 的表型没有起到明显的作用。综上说明同时携带两 个基因或者单独携带ISCR1比单独携带intl基因 更能够造成细菌更广泛的药物耐受。 已有研究都发现intl基因和tSCR1共存于同 一菌株,形成ISCR1复合型I型整合子结构,这个 复杂的结构在多种细菌中存在[3 。本研究发现在 同时携带有Intl基因和ISCR1的71株细菌中,除 3株细菌外,均为多药耐药菌株。3株时携带有 Intl基因和ISCR1的细菌不表现多药耐药,可能是 由于细菌本身与两种元件有关的某些耐药基因可能 不足以提高细菌MIC值表现为耐药表型,这在之前 有关文献中也有报道_l引。超过90 9/6(64/71)的菌株 耐受6-9类受试药物,其中有16株细菌为全耐药, 这提示同时携带这两种耐药元件的菌株,很可能存 在有由这两种元件组成的ISCR1复合型I型整合 子结构,统计分析显示相比较单独存在intl基因的 菌株来说,这类菌株可能更有机会获得更多种类的 耐药基因,提高了多药耐药、泛耐药、全耐药菌株的 产生和传播的潜在风险。 综上所述,本研究对372株临床分离的多种 (属)菌株进行两种与多种类耐药基因转移相关的可 移动元件编码基因intl基因和ISCR1的检测,发现 上述两种元件在不同种类革兰氏阴性菌株中广泛分 布,同时携带有两种可移动元件的细菌数量较多,而 革兰氏阳性分离株中没有检测到上述元件。通过将 可移动元件和革兰氏阴性细菌多药耐药表型进行统 计比对分析,发现可移动元件的携带与细菌多药耐 药表型间有关联,提示在受试的革兰氏阴性细菌中, 可移动元件,特别是ISCR1的广泛散布可能会造成 多种耐药基因的流行和跨种属传播。作为和多种类 耐药基因转移和水平传播有关的可移动因子,intl 基因和ISCR1在多种类临床分离菌株中的广泛分 布及双重携带现象应引起重视,对其在多种临床分 离细菌中的流行性开展广泛调查,为降低临床耐药 细菌的产生和散播风险提供分子水平的数据基础。 参考文献: [1]Stokes HW,Hall RM.A novel family of potentially mobile DNA elements encoding site—specific gene—integration functions:inte— grons[J].Mol Microbiol,1989,3(12):1669—1683.DOI:10. 1111/i.1365—2958.1989.tb00153.x [2]Rowe—Magnus 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