杆菌肽耐药基因簇bcrRABD在动物源肠球菌中的流行特征研究

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杆菌肽是一类多肽类抗生素,主要用于治疗革兰氏阳性菌引发的局部感染。但由于其在畜牧养殖中可以促进动物生长,提高饲料转化率,并能抑制动物肠道中有害病原菌的繁殖,因此我国食品动物的养殖过程中,杆菌肽作为促生长剂和预防用药在我国畜禽养殖业中广泛使用。然而随着杆菌肽类药物在兽医临床的大量使用,其所引发的细菌耐药问题不容忽视。介导革兰氏阳性菌杆菌肽耐药的耐药基因主要为bcrR,bcrA,bcrB,bcrD等4个基因所组成的基因簇bcrRABD,其中bcrA和bcrB两个基因所组成的ATP结合盒家族的外排泵,发挥主要作用。目前动物源肠球菌中杆菌肽耐药情况,以及bcrRABD基因簇流行情况研究均相对缺乏,这将为我国兽医临床杆菌肽的应用带来很大的潜在风险。因此本研究将针对我国动物源肠球菌,以杆菌肽耐药基因簇bcrRABD基因簇作为研究对象,调查其在我国养殖场环境内的流行情况和传播机制。为杆菌肽在兽医临床应用的风险评估以及抗生素压力下,动物源肠球菌杆菌肽耐药性的产生和传播提供科学依据和参考数据。本论文以2014年间从全国6个省份(广东、广西、湖南、海南、江西、浙江)11个鸡场,分离的109株鸡源肠球菌,及2015年在广东4个猪场内分离的229株肠球菌为研究对象。通过PCR及测序方法检杆菌肽耐药基因簇bcrRABD,共检测到37株鸡源肠球菌携带杆菌肽耐药基因簇bcrRABD,检测率为33.9%。其中湖南、广西、浙江等3个省份的检测率较高分别为83.3%、57.6%和50%;广东和海南2省检测率较低分别为22.9%和36.3%,而江西省则没有检出。4个猪场内共检测到67株bcrRABD阳性肠球菌检测率为29.2%,其中猪源60株,人源4株,猪场周边废水源3株。同时检测出两种不同基因型bcrRABD基因簇,相对应的4个基因,氨基酸相似度在90%左右,但杆菌肽耐药表型没有差异。通过脉冲场凝胶电泳(PFGE)、多位点序列分型(MLST)、S1-PFGE、Southern杂交、接合转移/电转、以及反向PCR等方法,研究鸡源与猪场源bcrRABD基因簇阳性肠球菌中,bcrRABD基因簇的传播机制。发现37株鸡源肠球菌可分为的26个PFGE谱型,其中A型包含的8株bcrRABD阳性菌株来自3个不同省份。MLST分型结果显示bcrRABD阳性菌株的ST型主要为ST16(14/37)。杂交结果显示37株阳性菌的bcrRABD基因簇均位于质粒上其中7株菌携带的bcrRABD阳性质粒可进行结合转移。反向PCR及其测序结果显示17株阳性菌中bcrRABD两侧携带同方向的插入序列ISEnfa1,并可以通过ISEnfa1间的同源重组形成携带ISEnfa1和bcrRABD的环状中间体。67株猪场源bcrRABD基因阳性菌的PFGE结果显示其中64株粪肠球菌分为45个谱型,剩余3株海氏肠球菌肠球菌分为2个谱型。粪肠球菌中1、7、17、18、24、29、30、34、42型中菌株来自相同猪场猪群,第43型中的菌株分别来自不同猪场的猪群和环境。接合转移试验显示1株人源与14株猪源阳性菌株携带的质粒可进行结合转移,31株可检测到ISEnfa1介导的bcrRABD的环状中间体。在对bcrRABD基因簇阳性可接合质粒的测序分析过程中,本研究发现了一种新型接合质粒pEF123可介导bcrRABD基因簇在肠球菌中的水平转移,通过该质粒全序列和GenBank数据库对比,发现该质粒序列和数据库中相似性最高的序列同源性仅为38%。进一步对这个新型质粒骨架区与耐药区进行了详细的拆分,并对耐药区的形成特征进行分析和推断,结果表明质粒pEF123的分析结果表明质粒pEF123为新型性细菌素感应质粒,骨架结构中的质粒复制区以及接合转移区结构较为保守,但在质粒稳定区存在较新结构。同时质粒pEF123共含有2个多重耐药区,插入序列IS1216E在质粒耐药区的形成过程中起到了非常重要的作用,其通过与转座子Tn6248及Tn551的相互作用以及其自身的同源重组,形成了质粒耐药区复杂的结构。在Genebank数据库中通过blast序列比对分析发现携带有bcrRABD基因簇的细菌种类共有30种,对其基因簇进行遗传进化分析发现这些菌种中所携带bcrRABD基因簇主要分为3个分支,在分析bcrRABD基因簇的上下游基因环境中发现5种可能与bcrRABD的转移密切相关的移动元件,且移动元件ISEnfa1-bcrRABD-ISEnfa1占主导。进一步通过杀菌曲线实验发现移动元件ISEnfa1-bcrRABD-ISEnfa1整合进入受体菌后,杆菌肽对该菌株的生长失去抑制能力,同时该菌株的生长率几乎不会受到影响。本研究对动物源肠球菌杆菌耐药基因传播情况展开系统调查,结果显示bcrRABD基因簇可通过阳性菌株克隆传播、质粒水平传播以及插入序列ISEnfa1介导的移动元件在不同省份间以及猪场环境内的肠球菌中扩散。为评估畜禽养殖场中杆菌肽的使用对动物源病原菌耐药性传播的影响提供参考依据,为减缓多重耐药肠球菌的发展以及探索新的耐药控制策略提供科学指导。
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