肺炎克雷伯菌整合子分布與耐藥性關系

王 歡,馬祉茜,林淑云,湯英賢,李玉珍,溫偉洪,李介華,徐令清

(廣州醫科大學附屬第六醫院(清遠市人民醫院) 檢驗科，廣東 清遠511518)

肺炎克雷伯菌(KP)是常見的導致臨床感染的條件致病菌之一。其檢出率僅次于大腸桿菌和銅綠假單胞菌[1]。近年來，伴隨廣譜抗生素的濫用現象，KP耐藥率明顯增高[1]，而產超廣譜β內酰胺酶(ESBLs)的菌株也與日俱增。有現象表明，其產生的獨立預測因素為不恰當的抗菌治療，包括不必要的延長抗生素用藥時間、過多的給藥劑量等等。外用抗生素尤其易導致細菌耐藥，第三代頭孢菌素經驗性用藥可引起產ESBLs 的菌株流行[2]。整合子作為一種可移動的基因元件，不僅可利用位點特異性重組系統在細菌之間傳播，并且具有捕獲耐藥基因盒的功能[3]。本文通過基因擴增和測序的方法研究整合子在產ESBLs和非產ESBLs的肺炎克雷伯菌中的分布和整合子攜帶耐藥基因盒的種類。

1 材料與方法

1.1菌株來源本研究中包含80株肺炎克雷伯菌，來源于2016年11月至2017年8月廣東省清遠市人民醫院不同科室患者的臨床標本，以住院病人為主。由BD phoenix100儀器鑒定，其中產ESBLs菌株30株，非產ESBLs菌株50株。排除同一患者在一次住院期間同類型標本分離的同種菌株。這些菌株分離自痰液(n=37)、血液(n=13)、中段尿(n=11)和其他分泌物(n=19)：包括膿液、分泌物、引流液、膽汁等。

1.2儀器與試劑儀器：BD phoenix100 全自動細菌鑒定儀及其配套鑒定藥敏卡；BIO-RAD公司T100TMPCR擴增儀、Power PacTMBasic 電泳儀以及Gel DoxTMXR+紫外凝膠成像系統。試劑：DNA提取試劑盒，Taq PCR MasterMix ，GelGreen核酸染料以及Marker Ⅱ、Ⅲ DNA Ladder 成品均購自天根生化科技有限公司(TIANGEN)；引物由英駿生物技術有限公司合成。

1.3方法

1.3.1細菌總DNA 的提取 分裝無菌的伊利純牛奶于已滅菌的EP管中，-20℃保存。使用前恢復室溫，挑取單個菌落混勻，-80℃冷凍保存。提取前，挑取一環牛奶，于血平板分區劃線，過夜培養。挑取適量菌量加入無菌生理鹽水中懸浮；按照提取試劑盒說明書(TIANGEN公司細菌組DNA提取試劑盒)的步驟提取，最后用1.5 ml 規格的無菌EP管收集洗脫后的DNA產物，-40℃冷凍保存；

1.3.2整合酶基因PCR 檢測 根據參考文獻[4]設計擴增引物，引物序列見表1；PCR體系為25 μl，其中2×Taq PCR masterMix 12.5 μl，引物各0.5 μl，模板0.5 μl，補充ddH2O至25 μl；擴增條件為：95 ℃預變性5 min；之后每個循環為94 ℃變性30 s，62 ℃退火30 s，72 ℃延伸1 min，26個循環后，72℃延伸5 min。PCR產物采用瓊脂糖凝膠電泳法，取5 μl產物點樣，參照條帶使用100-1 200 bp的MarkerⅡDNA Ladder，電壓為150V，在2%的瓊脂糖凝膠中電泳30 min，結果使用BIO-RAD公司的凝膠成像系統分析。

1.3.3可變區PCR檢測 根據參考文獻[4]設計擴增引物，引物序列見表1；PCR體系為50 μl；其中2×Taq PCR masterMix 25 μl，引物各0.5 μl，模板1 μl，補充ddH2O至50 μl；擴增條件為：94 ℃預變性5 min；之后每個循環為94 ℃變性30 s，58 ℃退火30 s，72 ℃延伸2 min，35個循環后，72℃延伸7 min。PCR產物用瓊脂糖凝膠電泳法，取5 μl產物點樣，條帶參照使用200-4 500 bp的MarkerⅢDNA Ladder，電壓為150 V，在1.2%的瓊脂糖凝膠中電泳30 min，結果使用BIO-RAD公司的凝膠成像系統分析。

1.3.4可變區測序分析 將電泳結果顯示有明顯條帶的可變區PCR擴增產物交由上海生物工程有限公司進行純化和測序分析，測序結果使用BLAST(www.Pubmed.com)進行序列比對分析，選擇匹配度最高的結果。

1.3.5引物設計 參照參考文獻[5]，Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類整合子的整合酶基因以及可變區所用的引物序列見表1。所用的引物由英駿生物技術有限公司合成。

表1 三類整合酶基因以及可變區的引物序列

1.3.6數據統計分析 藥敏結果使用Microsoft Excel 2007進行統計分析，耐藥率的比較采用χ2檢驗。

2 結果

2.1科室分布情況30株產ESBLs肺炎克雷伯菌菌株中，送檢自ICU的有9株；其次是心血管科和兒科各3株，其余科室散發存在；50株非產ESBLs菌株中，ICU 18株，其次是泌尿外科5株，其他科室散發存在；是以可見，ICU是最易發生細菌感染的科室。

2.2整合酶基因分布80株肺炎克雷伯菌共檢出I類整合子陽性菌株30株，檢出率為37.5%；其中產ESBLs菌株中占73.3%(22/30)，非產ESBLs菌株中占16%(8/50)；未檢出Ⅱ類和Ⅲ類整合子。部分整合子Ⅰ陽性PCR 電泳結果如圖1所示。

2.3Ⅰ類整合子與各種抗菌藥物耐藥率的關系Ⅰ類整合子陽性的菌株對各類抗菌藥物的耐藥率除氨芐青霉素、亞胺培南、美羅培南和阿米卡星之外均高過Ⅰ類整合子陰性的菌株。結果如表2所示。

2.4整合子可變區擴增結果經過PCR擴增以及瓊脂糖凝膠電泳后，出現明顯條帶的標本有8株，其片段長度為1 200-3 000 bp之間，大小不等，結果如圖2所示。

2.5基因盒測序結果

結合瓊脂糖凝膠電泳條帶分析，把7株Ⅰ類整合子陽性的菌株及1株Ⅰ類整合子陰性的菌株，共8株送去測序。測序結果顯示，7株Ⅰ類整合子陽性的菌株全部檢測出基因盒，Ⅰ類整合子陰性菌株，也就是2號標本測序不成功。其攜帶的基因盒類型如表3所示，共檢出10種耐藥基因。

注：Marker:100-1 200 bp;泳道1-10：Ⅰ類整合酶基因陽性標本，對應的原始編號為2，3，4，5，6，8，9，10，11，13；泳道11：空白對照。

圖1 部分Ⅰ類整合酶基因PCR 擴增結果表2 80株肺炎克雷伯菌Ⅰ類整合子陽性菌株和陰性菌株耐藥表型比較

3 討論

肺炎克雷伯菌是獲得性感染的主要流行菌，隨著超廣譜抗菌藥物的廣泛應用，近年來產超廣譜β-內酰胺酶的肺炎克雷伯菌也與日俱增[6]。而Ⅰ類整合子是肺炎克雷伯菌最常見的整合子類型，包含大部分耐藥基因[7]。因此本次實驗對本院2016年11月到2017年8月臨床分離的80株肺炎克雷伯菌進行整合子Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、可變區以及測序分析，從而對該院的院內感染趨勢提供相應的依據。本次實驗對80株肺炎克雷伯菌進行整合子Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的檢測，整合子Ⅰ陽性共30株，檢出率為37.5%； 其中產ESBLs肺炎克雷伯菌的整合子Ⅰ陽性檢出率為73.3%，非產ESBLs肺炎克雷伯菌的整合子I陽性檢出率為16%； 并未檢出整合子Ⅱ、Ⅲ；由此可見，整合子Ⅰ在產ESBLs和非產ESBLs的肺炎克雷伯菌中的分布相差懸殊。另外，本次研究還發現來自ICU 的9株產ESBLs菌株中，有5株檢測出整合子Ⅰ陽性，檢出率為55.5%，略低于相關研究[7]，可能與標本數量太少有關；另來自ICU的18株非產ESBLs的菌株中，僅2株檢測出Ⅰ類整合子，檢出率為11.1%，存在明顯的差異。

注：Marker:200-4 500 bp;泳道1-8：可變區陽性標本；對應的原始編號為：2，12，13，20，24，27，77，80，泳道9：空白對照。

圖2 8株陽性標本可變區PCR結果

注，對20種抗生素進行分類，可以分為9類，其中a類為碳青酶稀類，IPM,MEM;b類為氨基糖苷類，CN,AMI;c類為醛固酮類：CIP,LEV,MXF;d類為頭孢菌素類：CZ,CAZ,CTX,FEP;e類為廣譜青霉素類：SAM,TZP,AMC,PIP;f類為β-內酰胺類：ATM,AMP;g為磺胺類：SXT;h為四環素類：TE;i為酰胺醇類：C.

通過統計分析，氨芐青霉素的耐藥率為100%，阿莫西林/克拉維酸、哌拉西林/他唑巴坦耐藥率較低，亞胺培南、美羅培南以及阿米卡星的耐藥率都在10%以下，整合子I陽性菌株的耐藥率更是低至0.00%，提示臨床可以根據病人感染情況按照限制級別選擇用藥；對環丙沙星、四環素、哌拉西林、頭孢唑啉、頭孢噻肟、氨曲南、氯霉素和復方新諾明等藥物，整合子I陽性菌株的耐藥率明顯高于陰性菌株，這代表著其耐藥機制與整合子I的存在有緊密的聯系。

整合子是一種具有基因捕獲和表達能力，攜帶一個或多個基因盒的遺傳單位[8]；基本結構有5′保守區(5′conserved segment，5′CS)、3′保守區(3′conserved segement,3′CS)、可變區(Variable region,VR)三部分組成。可變區可同時插入一個或多個記憶和(GC)，基因盒是由重組位點attC和基因編碼區組成，這些基因盒作為獨立的功能單位可單獨移動[9]。80株肺炎克雷伯菌菌株中擴增出可變區的有8株，共檢出 10種耐藥基因盒。其中aadA1、aadA2、aadA5為編碼氨基糖苷類藥物的耐藥基因[10];dfrA1、dfrA12、dfrA17為編碼磺胺類藥物的耐藥基因[11]，本次檢測耐藥基因與耐藥表型有一定的關聯卻不完全相符，可能存在其他耐藥機制，需要進一步研究。

綜上所述，Ⅰ類整合子的攜帶與細菌的耐藥性有著密切的聯系，其可變區所攜帶的基因盒具有多樣性，與耐藥機制有一定的對應關系。應加強研究，以更深入的了解細菌耐藥的發生和傳播機制。

作者簡介：王歡(1980-)，主管檢驗師 ，醫學法學雙學士，主要從事醫學檢驗質量控制研究。