食品动物源大肠杆菌16S rRNA甲基化酶的流行特征与分子传播机制研究

来源 :华南农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:figo0204
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氨基糖苷类药物(AGAs)是一类人医和兽医临床重要的抗生素,在养殖业上大量使用势必会造成一种选择性压力,促进耐药基因在食品动物源菌中的出现和扩散。16S r RNA甲基化酶(16S-RMTases)由于多由质粒介导传播,可对多数AGAs产生高度耐药,成为近年来最受关注的AGAs耐药机制,其在动物源细菌中的流行传播报道尚缺乏长时间的监测。本研究详细的调查了不同年代广东省食品动物源大肠杆菌中16S-RMTases基因流行特征和传播机制,评估携带重要16S-RMTases基因质粒的传播风险,同时利用功能基因组方法来发现新的AGAs耐药机制,为评估畜禽养殖场中对AGAs的耐药情况提供重要参考数据。本研究首先对从实验室保存的广东省各地区2002~2012年分离的963株食品动物源大肠杆菌和2013~2016年新采集的1,650份食品动物源样品进行全面调查,共分离到794株大肠杆菌具有对AGAs的耐药表型,其中779株为16S-RMTases基因阳性菌株,最流行的是rmt B(28.7%,749/2,613),另有39株和2株菌分别携带arm A和rmt E,有11株菌同时携带arm A和rmt B。从不同时间段的流行率看,2013年以前,rmt B基因流行率相对比较稳定(约为20%)。而2014~2016年期间,动物源大肠杆菌对AGAs耐药率和rmt B基因流行率都在稳步快速上升,并在2016年超过了60%。检测的2002~2012年分离的175株携带rmt B/arm A的大肠杆菌均为MDR菌株,90%以上对氨苄西林、四环素、磺胺类、喹诺酮类药物耐药,对15种以上药物耐药的比例超过70%。173株rmt B阳性大肠杆菌的PFGE谱型多样,其中有116株接合转移成功,rmt B与PMQR、bla CTX-M、flo R和fos A3基因的共流行率与共转移率均较高。rmt B阳性质粒复制子分型多样,但以Inc F型质粒为主,其次为Inc N型。其中,大小分别为70 kb、75 kb、160 kb和105 kb的Inc F质粒在不同年份的禽、猪源分离株中普遍存在,可能介导了rmt B基因在猪源和禽源大肠杆菌中的流行。同时,几乎所有被测质粒上的rmt B基因环境都与IS26有关,推测rmt B的流行与IS26的传播密切相关。由于在rmt E的第20位碱基发生了T→C的突变,造成了Ala对Val的取代,根据建议的规则,将其命名为rmt E2。两株PFEG谱型一致均为ST898的rmt E2阳性大肠杆菌均接合转移成功,有相同的耐药表型和基因型。rmt E2接合子质粒均为Inc I1型,酶切图谱完全一致,rmt E2也位于同一大小的片段上。通过质粒测序得到了rmt E2质粒p S68的全序列,大小为115,010 bp。通过比对序列发现,p S68含有约91 kb典型的Inc I1型质粒的骨架区域和约24 kb的多重耐药区(MRR)。rmt E2的转移可能和插入序列ISCR28密切有关。同时该MRR包括多个IS26且各IS26的插入位点识别序列均不相同,表明此区域可能通过多次插入整合得到。为了对rmt E2阳性质粒的传播风险进行评估,进行了不同宿主菌的接合转移实验、质粒的稳定性实验及质粒的适应性代价实验。六种不同的受体菌(大肠杆菌、肺炎克雷伯菌、鼠伤寒沙门氏菌、弗氏柠檬酸菌、阴沟肠杆菌和不动杆菌)表现出不同的接合转移效率,其中,p S68质粒在大肠杆菌C600和不动杆菌201中的接合转移效率最高。原大肠杆菌的质粒稳定性最强,在肉汤和平板实验中无或几乎无质粒丢失,其余通过接合转移获得的接合子均在不同时间开始表现出质粒的丢失。六种受体菌和相应接合子间生长速率的比较结果多样。综合来说,rmt E2质粒在大肠杆菌和不动杆菌中有传播风险较高的可能性,在之后更可能在这两种菌中分离到该质粒。对五株未检测到16S-RMTases基因的菌株成功进行功能基因组实验,获得的序列经过对比,除一个基因略有差异外,其余均为已报道的氨基糖苷类修饰酶基因(AMEs)。此基因与已报道的AAC(3)-IId仅在终止密码子前三个氨基酸有不同,故将其命名为AAC(3)-IId-like。AAC(3)-IId及-like基因有一样的耐药谱和相似的MIC值,且NHis6-tagged AAC(3)-Ⅱd和-like两个酶的底物特异性结果、米氏方程拟合图形及相应的参数值都很相近。猜测很可能因为DNA的突变、置换、倒置等造成了终止密码子处发生序列改变,使得终止密码子移位。但是主要序列均无改变,故功能不变。从五株菌中筛选到的AAC(3)-IId/-like基因,可以解释对庆大霉素的高度耐药,而对阿米卡星的高度耐药机制则尚不明确,还需要做更多的验证。本研究对广东地区2002~2016年分离的食品动物源大肠杆菌16S-RMTases基因的流行情况和分子传播特征进行了比较全面的调查和了解;并且报道首次在中国发现了rmt E2基因,为评估广东省地区畜禽养殖场中对AGAs的耐药情况提供重要参考数据。同时利用功能基因组的方法发现新耐药基因AAC(3)-IId-like,可以直接且较高效率的筛选到表型与基因型对应的基因。
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