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大腸埃希菌質粒編碼的blakpc-2基因介導碳青酶烯類藥物低水平耐藥的分子機制

2025-06-10 00:00:00白栓成楊瀾羅湘黃麗雅王雨欣王熔廖鳳婷廖曉萍
華南農業大學學報 2025年3期
關鍵詞:耐藥

中圖分類號:S859 文獻標志碼:A 文章編號:1001-411X(2025)03-0326-10

Molecular mechanism of plasmid-encoded gene mediating lowlevel resistance to carbapenems in Escherichia coli

BAI Shuancheng', YANGLan’,LUO Xiang',HUANGLiya',WANG Yuxin', WANG Rong', LIAO Fengting1, LIAO Xiaoping2 (1 Smart Agriculture Colege, Yulin Normal College, Yulin 5370o0, China; 2 College of Veterinary Medicine, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China)

Abstract: 【Objective】 To elucidate the molecular mechanism by which the carbapenemase-encoding plasmid p21QH43K-KPC is transferred from Klebsiella pneumoniae to Escherichia coli,and mediates low-level resistance to carbapenem drugs in E. coli.【Method】 The construction of EZ-Tn5 transposon mutation library, CRISPR-Cas9-mediated gene knockout, transcriptome sequencing and whole genome sequencing (WGS) were used to determine the regulatory mechanism of low-level resistance to meropenem mediated by the gene in E ,coli.【Result】 A transposon mutant EC600/p21QH43K-KPC-130 with enhanced meropenem resistance ) was obtained by constructing the EZ-Tn5 transposon mutation library of the EC600/ p21QH43K-KPC conjugon. WGS and Mauve analysis revealed that the transposon had inserted into one chromosomal gene ompR,and two point mutation genes of iron and ltrA were found. However,through gene knockout, only ompR deletion mutants exhibited reduced sensitivity to carbapenem that could be restored by gene complementation. 【Conclusion】 The molecular mechanism of the gene encoded on the plasmid mediating low-level resistance to carbapenems in E coli is related to the regulation of gene by ompR.

Key Words: Escherichiacoli; OmpR gene; Klebsiell pneumoniae carbapenemase-2; Carbapenems; Drug resistance; Molecularmechanism

碳青霉烯耐藥肺炎克雷伯菌(Carbapenem-resistantKlebsiellapneumoniae,CRKP)已構成全球公共衛生威脅[1-2],其主要耐藥機制是攜帶碳青霉烯酶基因 ,其中,在臨床CRKP中,Klebsiellapneumoniaecarbapenemase-2(KPC-2)亞型最為普遍,可以水解所有已知的 β - 內酰胺類藥物,包括碳青霉烯類[3]。 基因通常編碼在可轉移質粒的轉座子結構中,特別是在腸桿菌科細菌中廣泛流行的IncFII質粒,這使得 能夠從克雷伯菌傳播到其他腸桿菌科細菌,包括大腸埃希菌Escherichia coli4。

有關研究發現,大多數產KPC-2肺炎克雷伯菌菌株對美羅培南高度耐藥 9然而,在部分對美羅培南高度耐藥的產KPC-2肺炎克雷伯菌中,當攜帶 的質粒從肺炎克雷伯菌供體菌轉移到大腸埃希菌受體中時,獲得的攜帶 質粒的接合子對美羅培南表現出低水平耐藥 。值得注意的是,這些攜帶 質粒的復制子呈現多樣性,包括IncFII、IncFIB 和IncHIB 等,同時,這些攜帶 質粒的肺炎克雷伯菌供體菌的多位點序列分型(Multi-locussequence typing,MLST)類型也呈現多樣性,包括ST11、ST76、ST147和ST273等,這暗示了肺炎克雷伯菌中攜帶 質粒轉移至大腸埃希菌后介導美羅培南低水平耐藥的現象較為普遍。另外,還發現產KPC大腸埃希菌野生菌對美羅培南具有高度耐藥性 ,然而,其攜帶 質粒轉移至美羅培南敏感的大腸埃希菌受體菌后,攜帶 質粒仍然在大腸埃希菌中介導美羅培南低水平耐藥 。此外,還發現產氣單胞菌菌株中攜帶 的IncP-6質粒轉移至大腸埃希菌DH10B受體菌后,該質粒介導美羅培南低水平耐藥 。然而,大腸埃希菌質粒攜帶的 基因介導對美羅培南低水平耐藥的潛在機制仍不清楚。

華南農業大學獸醫藥理與毒理學課題組前期報道了一株分離自青海湖野生候鳥且對美羅培南耐藥 的 ST11 CRKP(21QH43K),其攜帶 基因,位于可轉移的IncFII質粒(p21QH43K-KPC)上[3]。將該質粒通過接合轉移的方式轉入大腸埃希菌EC600中,發現接合子 對美羅培南表現出低水平耐藥 。在臨床上這類低水平碳青霉烯耐藥大腸埃希菌無法被常規耐藥篩查(臨床折點通常設定閾值 )有效識別而易被忽略,其可能通過水平基因轉移持續釋放 等關鍵耐藥基因。因此,為預防這一重要耐藥基因向其他菌種傳播,腸桿菌科細菌中碳青霉烯酶基因調控低水平耐碳青霉烯類抗生素的分子機制亟待進一步研究。

1材料與方法

1.1材料

1.1.1菌株來源本研究使用的所有菌株列于表1。CRKP菌株21QH43K分離自2020年青海省青海湖候鳥糞便樣品,經二、三代混合測序,獲得攜帶 基因的IncFII質粒p21QH43K-KPC完整序列,通過接合轉移獲得接合子EC600/p21QH43K-KPC。質控菌株:大腸埃希菌ATCC25922,大腸埃希菌標準菌株:EC600和MG1655,購自青島高科技工業園海博生物技術有限公司。

1.1.2試劑與藥品細菌DNA提取試劑盒和同源重組酶購自南京諾唯贊生物科技股份有限公司;LB肉湯/瓊脂培養基、水解酪蛋白肺(MuellerHinton,MH)肉湯/瓊脂培養基和麥康凱瓊脂培養基,購自廣州環凱微生物科技有限公司;DNAmarkerDL20OO和PremixTaq為TaKaRa公司產品;受試藥物美羅培南(Meropenem,MEM)、亞胺培南(Imipenem,IMP)、厄他培南(Ertapenem,ERT)、磷霉素(Fosfomycin,FOS)、阿米卡星(Amikacin,AMK)、頭孢噻肟(Cefotaxime,CTX)、頭孢西丁(Cefoxetine,FOX)、氨芐西林(Ampicillin,AMP)、頭孢他啶(Ceftazidime,CAZ)、四環素(Tetracycline,TET)、氨曲南(Aztreonam,ATM)、環丙沙星(Ciprofloxacin,CIP)、鏈霉素(Streptomycin,STR)、安普霉素(Apramycin,APR)、利福平(Rifampicin,RIF)購自賽默飛科技公司; 阿拉伯糖購自默克Sigma公司;RNA提取試劑盒購自北京百奧創新科技有限公司;iScriptcDNA合成試劑盒購自Bio-Rad公司;試驗所用引物列于表2。

表1本研究使用的菌株和質粒Table1 Strainsand plasmidsused in this study

1.1.3主要儀器HHVE-50高壓滅菌鍋,日本HIRAYMA公司產品;AE150電子分析天平,瑞士METTLER公司產品;超凈工作臺,蘇州凈化設備有限公司產品;渦旋振蕩儀,德國艾卡公司產品;恒溫培養箱,上海申賢恒溫設備廠產品;離心機、微量移液器和LabcyclerPCR擴增儀,德國Eppendorf公司產品;酶標定量測定儀,美國貝克曼公司產品;NanoDropOneC微量紫外可見分光光度計,賽默飛科技公司產品。

1.2 試驗方法

1.2.1菌種復蘇從冰箱中取出所需菌株,用移液槍吸取 1 0 μ L 菌液,將其接種于 9 0 0 μ L 新鮮的

LB肉湯中, 振蕩培養 8 h 。將復蘇的菌株以四區劃線法接種于麥康凱瓊脂培養基,于 恒溫箱過夜培養。次日,從麥康凱瓊脂培養基上挑取荷包蛋樣的單個菌落,并連續傳代3次,以保證菌體的活力達到正常水平。

1.2.2微量肉湯稀釋法藥敏試驗采用微量肉湯稀釋法測定大腸埃希菌對美羅培南、亞胺培南、厄他培南、磷霉素、阿米卡星、頭孢噻、頭孢西丁、氨芐西林、頭孢他啶、四環素、氨曲南和環丙沙星的MIC,按照美國臨床和實驗室標準協會(ClinicalandLaboratoryStandards Institute, CLSI)2023年標準[4執行。以大腸埃希菌ATCC25922為質量控制菌株。

1.2.3接合轉移試驗以大腸埃希菌MG1655作為受體菌,將孵育至對數生長期的供體菌和受體菌在LB肉湯中按體積比1:4混合均勻, 孵育 后,接種于含美羅培南 ( 0 . 2 5 m g / L ) 和鏈霉素(1000m g / L) 的LB瓊脂中, 培養過夜。挑取疑似接合子,通過PCR擴增測序證實接合子是否受到污染和 基因是否存在[15]。

1.2.4EZ-Tn5轉座子突變文庫的構建使用 EZ-Tn5轉座酶系統[1]創建 染色體突變文庫。將攜帶EZ-Tn5的質粒pCat-APR通過接合轉移的方式接合到 中,獲得突變文庫,并將所有突變文庫涂布于添加5 0 m g / L 安普霉素的LB瓊脂板上, 培養過夜,然后把瓊脂板上的單菌接種到 2 m g / L 美羅培南藥板上, 培養過夜,把瓊脂板上的單菌保存于 冰箱中備用。

1.2.5大腸埃希菌缺失株和回補株的構建所有大腸埃希菌的基因敲除試驗都是通過CRISPR-Cas9介導的基因組編輯方法[17]產生的。簡單地說,將設計好的sgRNA克隆到pSGKP質粒上,利用PrimeSTARDNA聚合酶(TaKaRa)進行融合PCR擴增目的基因的同源臂;將質粒pSGKP-sgRNA及其匹配的同源臂電轉化到含有pCas-kp的大腸埃希菌感受態細胞中,并在添加1-阿拉伯糖質量分數為 0 . 2 % 的LB中培養;用安普霉素和利福平在 下選擇轉化子,并進行DNA測序驗證;最后,用質量分數為 5 % 的蔗糖溶液在 $4 2 \ { ^ \circ } \mathrm { C }$ 下固化質粒。

為模板,擴增ompR連同其啟動子基因片段。以pGEN質粒為載體,在SalI酶切位點處進行反向擴增,通過同源重組酶將反向擴增的載體和ompR連同其啟動子基因片段進行同源重組,提取質粒,進行Sanger測序確認,最終質粒命名為pGEN-ompR,把質粒pGEN-ompR以電轉的方式轉入大腸埃希菌QH43K-KPC,最終獲得ompR基因回補株QH43K-KPC。

表2本研究使用的PCR引物Table 2PCR primersused in thisstudy

1.2.6生長曲線測定 將培養至對數期 0.50)的目標菌株在LB肉湯中稀釋至 0.05\~0.10,在96孔板中每孔加入 2 0 0 μ L 稀釋后的菌液,每個目標菌株設置3個重復,在 下孵育。每1h測量1次菌液 持續 1 2 h 。

1.2.7全基因組測序(WGS)基因組DNA文庫的構建與序列測定使用天根細菌基因組DNA提取試劑盒,按照操作說明,提取各處理組的大腸埃希菌分離株的基因組DNA;通過濃度測定和瓊脂糖凝膠電泳,初步質檢合格后,構建Illumina( 2 × 2 5 0 bp)文庫,利用IlluminaHisseq平臺進行測序,下機數據經質控和去除接頭后運用SPAdesv3.6.2對原始數據進行拼接,拼接后的數據使用Quast軟件進行質控。將拼接成功的序列用Mauve、Eazyfig軟件進行基因組對比分析。

1.2.8轉錄組測序分析大腸埃希菌EC600/p21QH43K-KPC 和 EC600△ompR/p21QH43K-KPC通過 的美羅培南LB肉湯富培養至對數生長期后,使用OMEGA試劑盒提取EC600/p2 1 Q H4 3 K- K P C 和EC600△ompR/p21QH43K-KPC菌株中的總RNA。用瓊脂糖凝膠電泳分析RNA的純度和完整性,并用Qubit2.0定量RNA濃度。構建轉錄組測序文庫,使用IlluminaHiSeq平臺進行測序。將原始測序Reads映射到大腸埃希菌EC600的參考基因組(Accession登錄號:PRJNA1051772)上。使用NGSQCToolkit軟件針對fastq格式的高通量測序原始數據(Rawreads)進行質控。使用DESeqRpackage的 estimate SizeFactors函數進行數據標準化,并使用nbinomTest函數計算差異比較的 P 值和差異倍數(Foldchange,FC)。針對 Plt;0 . 0 5 且 的差異基因,使用微生信分析平臺(http://www.bioinformatics.com.cn/)比較試驗組和對照組的差異表達基因,對每個比較組合的差異基因進行數目統計,制作成火山圖,并進行GO、KEGG分析。

1.2.9RT-qPCR試驗采用紫外可見分光光度計對大腸埃希菌菌株 、和QH43K-KPC 的總RNA進行定量,并使用iScriptcDNA合成試劑盒將 的總RNA進行反轉錄合成cDNA。采用實時熒光定量PCR(RT-qPCR)檢測系統進行cDNA的PCR擴增,并采用特異性引物,以16SrRNA表達為內參進行歸一化,計算各基因的相對表達量。

1.2.10 數據分析利用GraphPad Prism8.0 軟件中的 Student's t ? -test統計學方法分析數據并作圖。

2結果與分析

2.1基于轉座子突變文庫篩選獲得目標基因 ompR

為了驗證p21QH43K-KPC在其他大腸埃希菌中是否有相同的耐藥表型趨勢,我們通過接合轉移把質粒p21QH43K-KPC轉移到大腸埃希菌MG1655,發現接合子 對美羅培南同樣表現出低水平耐藥 ( M I C=0 . 2 5 0 m g / L) (表3)。然而,前期研究[發現,通過接合轉移把質粒p21QH43K-KPC轉移到肺炎克雷伯菌ATCC700603 中,ATCC 700603/p21QH43K-KPC 對美羅培南表現出中等水平耐藥 ,與大腸埃希菌 相比,質粒p21QH43K-KPC對美羅培南的耐藥性增加了31倍。

表3攜帶 的質粒p21QH43K-KPC在不同遺傳背景菌株中介導對碳青霉烯類藥物的耐藥表型 Table 3Carbapenems resistance conferred by -carrrying plasmid p21QH43K-KPC in strains with different genetic backgrounds

為了探究質粒 p21QH43K-KPC 攜帶的 在大腸埃希菌中介導美羅培南低水平耐藥的調控機制,我們利用EZ-Tn5轉座子系統構建了EC600/p21QH43K-KPC突變文庫(圖1)。隨機選取5000個突變體,在添加 2 m g / L 美羅培南的LB瓊脂板上篩選對美羅培南耐藥表型增加的突變子。最終僅獲得1株對美羅培南耐藥性增強的突變體EC600/p21QH43K-KPC-130(MIC=8.000 mg/L) (表3),突變子對碳青霉烯類藥物美羅培南、亞胺培南和厄他培南均呈現中等強度的耐藥水平,且與EC600/p21QH43K-KPC相比,對美羅培南、亞胺培南和厄他培南的MIC分別增加了63、7和15倍。通過對

EC600/p21QH43K-KPC-130 和EC600/p21QH43K-KPC進行WGS和序列比對分析發現,突變子的染色體基因ompR(全局轉錄調控因子)中存在EZ-Tn5轉座子插入,同時還發現染色體基因iron[編碼Fe(III)指示轉運系統滲透酶蛋白]和質粒基因ltrA(編碼逆轉錄型RNA定向DNA聚合酶,即細菌逆轉錄酶)存在非同義的單核苷酸突變。

2.2 ompR基因缺失增加 介導的碳青霉烯類藥物耐藥水平

為了確定ompR、ltrA和iron基因是否影響大腸埃希菌EC600/p21QH43K-KPC對碳青霉烯類藥物的耐藥水平,我們在EC600/p21QH43K-KPC和EZ-Tn5轉座子 EZ-Tn5 transposon 5TTCT 3' Y AGACCGGGGACTTATCATCCAACCTGTTA TCTGGCCCCTGAAIAGTAGGTTGGACAAT TEBS TEBS 轉座酶結合位點 轉座酶結合位點 Transposable enzyme Transposable enzyme bindingsite bindingsite 隨機插入基因 組位點 Randomly insert genomic site

EC600中構建了ltrA、ompR和iron基因缺失菌株。如表4所示,發現ompR缺失菌株EC600△ompR/p21QH43K-KPC對碳青霉烯類藥物美羅培南、亞胺培南和厄他培南均呈現中/高等強度的耐藥水平,與菌株EC600/p21QH43K-KPC 相比,即使ompR基因缺失輕微抑制了EC600△ompR/p21QH43K-

KPC的生長(數據未展示),對美羅培南、亞胺培南和厄他培南的MIC分別增加63、31和127倍。通過回補試驗發現,ompR基因缺失的回補菌株EC600△ompR::0mpR/p21QH43K-KPC可以部分恢復對碳青霉烯類藥物的耐藥水平。值得注意的是,在大腸埃希菌菌株EC600中,ompR缺失對美羅培南和厄他培南的MIC呈現輕微增加,分別增加3和7倍。我們進一步檢測了EC600△ompR/p21QH43K-KPC對其他種類抗菌藥的耐藥表型,與EC600/p21QH43K-KPC相比,ompR缺失導致對環丙沙星、頭孢西丁和頭孢他啶的MIC增加3倍(表5)。其次,相比之下,ltrA和iron基因敲除菌均未改變菌株 E C 6 0 0 / p 2 1 Q H4 3 K 和EC600對美羅培南、亞胺培南和厄他培南的MIC。這些數據表明,ompR基因缺失導致 基因在菌株EC600△ompR/p21QH43K-KPC中介導對碳青霉烯類藥物耐藥水平大幅度增加,達到中高等水平耐藥。

le 4Resistance of Escherichia coli to the tested drugs after the deletion of the ompR,iron and ltr表5ompR基因缺失后大腸埃希菌對受試抗菌藥的耐藥性\"
表4ompR、iron和ltrA基因缺失后大腸埃希菌對受試抗菌藥的耐藥性Table 5Resistance of Escherichia coli to the tested drugs after the deletion of the ompR gene
1)FOS:磷霉素,AMK:阿米卡星,CTX:頭孢噻,FOX:頭孢西丁,AMP:氨芐西林,CAZ:頭孢他啶,TET:四環素,ATM:氨 曲南,CIP:環丙沙星。 1) FOS: Fosfomycin, AMK: Amikacin, CTX: Cefotaxime,FOX: Cefoxetine, AMP: Ampicilin, CAZ: Ceftazidime,TET: Tetracycline, ATM: Aztreonam, CIP: Ciprofloxacin.

2.30mpR缺失影響大腸埃希菌EC600/p21QH43KKPC轉錄組譜

考慮ompR基因是全局轉錄調控因子,我們進而 探究了ompR缺失對大腸埃希菌EC600/p21QH43KKPC轉錄組譜的影響。轉錄組測序結果分析顯示,與大腸埃希菌EC600/p21QH43K-KPC相比,EC600△ompR/p21QH43K-KPC在轉錄水平上存在明顯差異,有526個基因存在顯著差異表達,其中231個基因顯著上調,295個基因顯著下調,說明敲除ompR基因對大腸埃希菌EC600/p21QH43K-KPC轉錄組譜產生了影響(圖2a)。通過對差異表達基因進行GO分類分析,各類均分析排名前十的生物學過程,在生物學過程(Biologicalprocess,BP)部分,主要參與跨膜運輸、呼吸電子傳遞鏈、電子傳遞鏈、氫離子跨膜運輸、有/無氧呼吸等。在細胞組成(Cellularcomponent,CC)部分,主要分布在細胞膜及胞內細胞器。在分子功能(Molecularfunction,MF)部分,基因主要富集在蛋白結合、氧化還原酶、跨膜轉運蛋白、鐵離子結合蛋白、血紅素結合蛋白、NADH脫氫酶活性等通路。將差異顯著基因進一步進行KEGG分析,差異基因主要富集在不同環境中的氧化磷酸化、TCA循環、ABC轉運、群體感應及鐵載體群非核糖體肽的生物合成相關通路。此外,氨基酸代謝相關基因(nspD、nirC、dppC、dppB、livJ和bhsA)和呼吸鏈相關基因(bioF、lldD、bioB和sucC)的mRNA水平上調較為明顯,為 6 . 5 0~1 2 . 4 0 倍,而調控因子(csgD、gadA、gadB和gadC)、膜蛋白相關基因(yhiM、ompC、ompF、asr)、糖酵解基因(hyi)和生物胺合成基因(cadA)mRNA水平下降較為明顯,為 2 6 . 2 0~6 2 . 5 2 倍(圖2b),其中ompC和ompF基因的轉錄表達水平分別下調62.52和54.38倍。然而值得注意的是,轉錄組測序結果顯示ompR基因缺失對blakPC-2基因的mRNA水平無明顯影響,這一結果也進一步通過RT-qPCR得到驗證(圖2c)。

a:差異表達基因火山圖,由 t 檢驗確定相對于EC600/p21QH43K 菌株的差異顯著性;b:上調和下調的Top 10 顯著差異表達基因;c:采用RTPCR檢測 的轉錄本水平,該基因在EC600/p21QH43K 菌株中的轉錄水平設為1,誤差條表示3個獨立試驗的標準差。

菌株 Strain圖2ompR缺失對大腸埃希菌EC600/p21QH43K-KPC轉錄組譜的影響fig.2Effect of ompR deletion on the transcriptome profile in stain EC600/p21QH43K-KP

a: VolcanomaoferetiallyexprsedgeteignicaceoftdereceelatietohEC6oQH4Kstraasedy t -test; b: Tol 10 up-and down-regulated significantly differentially expressed genes; c:The transcript levels of determined by RT-qPCR,the transcriptional level o. thiseneteEC6/QH4Kstraassetasndteorbarsepesetadarddviatioofheidepedetepits.

考慮到外膜孔蛋白(OMPs)是革蘭陰性菌的獨特結構,它形成親水性開放通道,允許小分子量的親水性抗生素擴散到細胞中[18-19]。ompR 缺失導致下調的OMP相關的基因ompC和ompF可能是導致細菌耐藥性異常的原因之一。因此,我們進一步研究了ompC和ompF基因的缺失是否影響大腸埃希菌EC600/p21QH43K-KPC對碳青霉烯類藥物的耐藥水平。結果發現與EC600/p21QH43K-KPC相比,ompC/ompF基因缺失菌株EC600△ompC/p21QH43K-KPC和 EC600△ompF/p21QH43K-KPC對碳青霉烯類藥物的MIC升高1\~3倍(表6),但仍低于ompR基因缺失菌株EC600△ompR/p21QH43K-KPC對碳青霉烯類藥物的MIC。ompC和ompF基因缺失導致大腸埃希菌EC600菌株對碳青霉烯類藥物的MIC幾乎無明顯影響。這些結果表明盡管ompR基因缺失導致ompC和ompF轉錄表達水平大幅度上調,但其對ompR基因缺失引起菌株EC600/p21QH43K-KPC對碳青霉烯類藥物呈現的中高水平耐藥貢獻較低。這暗示了ompR基因缺失導致 基因在菌株 EC600△ompR/p21QH43K-KPC中介導對碳青霉烯類藥物耐藥水平大幅度增加的調控機制仍有待進一步研究。

表6ompC/ompF基因缺失后大腸埃希菌對碳青霉烯類藥物的耐藥性 Table 6 Carbapenems resistance of Escherichia coli after the deletion of the ompClompF gene

3討論與結論

耐碳青霉烯類腸桿菌科的出現和傳播對公眾健康構成嚴重威脅[20]。盡管產碳青霉烯酶是導致菌株對碳青霉烯類藥物耐藥的重要機制,但攜帶同一種碳青霉烯酶基因在不同菌種、甚至同一菌種不同菌株中介導的碳青霉烯類藥物耐藥水平往往存在差異。因而,腸桿菌科細菌中碳青霉烯酶基因調控的分子機制有待進一步研究。本研究中,我們發現大腸埃希菌染色體中全局調控因子OmpR參與調控IncFII質粒 p21QH43K-KPC 編碼的blakPC-2基因介導碳青霉烯類藥物低水平耐藥。這一結果一定程度上解釋了攜帶 質粒轉移至大腸埃希菌后介導碳青霉烯類藥物低水平耐藥的原因。

我們通過構建大腸埃希菌 E C 6 0 0/ p2 1 Q H4 3 K- KPC突變文庫并結合基因敲除技術,將染色體基因ompR與質粒編碼基因 介導的碳青霉烯類藥物低水平耐藥相聯系。OmpR是一種DNA結合蛋白,可被激酶EnvZ磷酸化,EnvZ-OmpR雙組分系統參與協調細菌對環境因素刺激的轉錄反應,包括滲透壓應激、對生長條件的反應[21]、運動性[22]、細胞內存活能力[23]、毒力[24]以及抗生素耐藥性[25]。

先前的研究表明,OmpR通過調節ompC和ompF的外膜孔蛋白基因影響對抗生素耐藥性,其作用于胞膜通透性以限制細胞內抗生素的進入[26]。事實上,我們也發現ompC/ompF基因缺失導致菌株EC600/p21QH43K-KPC對碳青霉烯類藥物耐藥水平略有增加,盡管在轉錄水平上ompR基因的缺失顯著降低了ompC和ompF的表達量。這暗示ompR基因缺失導致 基因在菌株 E C 6 0 0Δ o m p R/ p21QH43K-KPC中介導對碳青霉烯類藥物的中高等耐藥水平,似乎與ompR對ompC和ompF的調節關系較小。鑒于OmpR為轉錄調控因子,我們進一步探究了ompR是否會調控 基因的轉錄表達。然而,轉錄組測序以及RT-qPCR檢測均表明ompR基因缺失對 基因的mRNA水平無明顯影響。考慮到ompR缺失影響了大腸埃希菌E C 6 0 0 / p2 1 Q H 4 3 K - K P C 轉錄組譜,ompR參與 基因的調控機制較為復雜。ompR缺失是如何導致 基因在菌株 E C 6 0 0Δ o m p R/ p21QH43K-KPC中介導對碳青霉烯類藥物的耐藥水平大幅度增加仍有待進一步探究。

前期細菌耐藥性調查研究表明, 基因具有較強的細菌宿主偏好性,其主要的宿主菌為

ST11CRKP,而在大腸埃希菌中該基因的流行率較低[27]。最近的一項全國性碳青霉烯類耐藥腸桿菌科細菌監測研究也發現, 7 6 . 5 % 的 CRKP攜帶 而大腸埃希菌中攜帶 的比例僅為 。相關報道還顯示產KPC-2的肺炎克雷伯菌菌株常常對美羅培南呈現高水平耐藥,然而,攜帶blakPC-2的質粒從肺炎克雷伯菌轉移至大腸埃希菌后,常常介導美羅培南低水平耐藥[7-9]。考慮到在碳青霉烯耐藥性調查中,研究者常用添加1或 2 m g / L 美羅培南的麥康凱瓊脂板篩選碳青霉烯耐藥菌[29],進而篩選碳青霉烯耐藥基因,包括blakPc-2。這暗示blakPC-2在大腸埃希菌中的真實流行率可能被低估了。另一方面,這也表明轉錄調控因子OmpR可能在碳青霉烯藥物選擇壓力下,抵御 在大腸埃希菌中的傳播,而ompR的基因缺失或突變可能是逃避這種作用的關鍵因素。

綜上所述,我們發現耐美羅培南肺炎克雷伯菌IncFII質粒p21QH43K-KPC編碼的 基因在大腸埃希菌中介導碳青霉烯類藥物的低水平耐藥,這與轉錄調控因子OmpR 對 基因的調控有關。我們的結果為解析大腸埃希菌染色體轉錄調控因子OmpR參與調控質粒編碼的碳青霉烯酶基因提供了重要的見解。

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