碳青霉烯酶耐藥基因blaIMP-4的基因環(huán)境分析

袁敏，李娟

·調(diào)查與研究·

碳青霉烯酶耐藥基因blaIMP-4的基因環(huán)境分析

袁敏，李娟

可轉(zhuǎn)移金屬酶即B組碳青霉烯酶已成為近年來耐藥領(lǐng)域關(guān)注的熱點(diǎn)［1］。中國(guó)學(xué)者有限的研究報(bào)道顯示B組碳青霉烯酶中IMP家族如IMP-4、IMP-9亞型，VIM家族中VIM-2亞型在中國(guó)地區(qū)分離的金屬酶陽(yáng)性的菌株中占一定的比例，這些耐藥基因在臨床分離的菌株間傳播甚至偶爾造成醫(yī)院感染爆發(fā)的事實(shí)是確定的［2-4］。這些基因的傳播機(jī)制是我們亟需解釋的問題——是由攜帶耐藥基因的廣宿主質(zhì)粒在菌與菌之間穿梭，還是由含有耐藥基因的DNA片段通過轉(zhuǎn)座、整合或同源重組的方式在不同菌屬中播散。

這些耐藥基因傳播的確切機(jī)制尚未闡明，但我們所掌握的信息在不斷增加。blaIMP-4基因首次檢出于我國(guó)香港分離的一株不動(dòng)菌屬中［5］，之后又在澳大利亞悉尼分離的腸桿菌中檢出［6］，幾乎同年（2003年）又在澳大利亞墨爾本的腸桿菌中檢出并引起了院內(nèi)感染爆發(fā)［7］。這些菌中blaIMP-4基因都定位于含相同基因盒blaIMP-4-qacG2-aacA4-catB3的整合子上，并位于大小不同的質(zhì)粒上，其中澳大利亞悉尼分離菌中攜帶的blaIMP-4質(zhì)粒被證明是廣宿主質(zhì)粒。blaIMP-4基因環(huán)境的相似之處及定位于不同的質(zhì)粒提示blaIMP-4基因及其側(cè)翼序列能夠移動(dòng)。

越來越多的證據(jù)顯示耐藥基因的傳播更大程度上取決于耐藥基因的側(cè)翼序列，而不是耐藥基因本身［8］，因此我們對(duì)目前NCBI（http：//www.ncbi.nlm.nih.gov/）上提供的有關(guān)不同種屬中blaIMP-4基因的基因環(huán)境做系統(tǒng)分析比對(duì)，以期能找到一些規(guī)律，為后續(xù)闡明blaIMP-4基因如何傳播提供依據(jù)。

1 方法

登錄β內(nèi)酰胺酶分類網(wǎng)站（http：//www.lahey.org/studies）檢索blaIMP-4基因參考序列GenBank號(hào)AF244145，在NCBI網(wǎng)站Nucleotide入口檢索AF244145，下載blaIMP-4基因全長(zhǎng)741 bp的序列，在NCBI網(wǎng)站Blast入口提交檢索與參考序列100%相同的序列。篩選含blaIMP-4基因及其側(cè)翼環(huán)境的基因序列進(jìn)行分析。下載描繪基因排列圖，比較分析序列異同，檢出的種屬、國(guó)家等信息。

2 結(jié)果

2.1 GenBank中部分?jǐn)y帶blaIMP-4基因菌株相關(guān)信息匯總

GenBank中已有的blaIMP-4基因及其側(cè)翼環(huán)境的菌株及序列相關(guān)信息見表1。

表1 不同國(guó)家和地區(qū)分離的攜帶blaIMP-4基因的菌株信息

圖1 NCBI GenBank中提交的部分有代表性的含blaIMP-4基因的質(zhì)粒序列中blaIMP-4基因環(huán)境繪圖分析

由表1中的信息我們可知，blaIMP-4基因的檢出國(guó)家主要分布在中國(guó)（6/13），其次為新加坡（3/13）和澳大利亞（3/13）。序列提交時(shí)間分布在2001-2014年，檢出種屬主要分布在腸桿菌科的肺炎克雷伯菌（5/13）、枸櫞酸桿菌（2/13）、陰溝腸桿菌（1/13）和非發(fā)酵的鮑氏不動(dòng)桿菌（5/13）。雖然序列提交的多少不能確切地反映當(dāng)?shù)卣鎸?shí)的耐藥基因流行病學(xué)數(shù)據(jù)，但是在沒有更多流調(diào)文獻(xiàn)可參考的情況下，仍然可以一定程度上反映出不同地域檢出的blaIMP-4基因的頻率及種屬分布差異。

2.2 典型blaIMP-4基因環(huán)境繪圖及比對(duì)

blaIMP-4基因環(huán)境繪圖，見圖1。

3 討論

如圖1所示，blaIMP-4基因的基因環(huán)境在不同的種屬中有很大的相似性，澳大利亞分離到的肺炎克雷伯菌S1的黏粒3D8和陰溝腸桿菌質(zhì)粒pEI1573攜帶的blaIMP-4基因的基因環(huán)境僅有非常細(xì)微的差別，表現(xiàn)為后者在ISCR1下游有部分序列的缺失。澳大利亞分離的另一株肺炎克雷伯菌質(zhì)粒pJIBE401攜帶的blaIMP-4基因與上述兩株菌的區(qū)別主要在ISCR1下游序列不一致，但是介導(dǎo)喹諾酮類藥物耐藥基因qnrB2基因與介導(dǎo)碳青霉烯類藥物耐藥基因blaIMP-4共存于一個(gè)復(fù)合型I型整合子是這三株菌的共同特點(diǎn)。中國(guó)香港分離的肺炎克雷伯菌CRE114質(zhì)粒pIMP-PH114和新加坡分離的鮑氏不動(dòng)桿菌DB60079/01攜帶的blaIMP-4與上述菌株相比都有相同的blaIMP-4-qacG2-aacA4-catB3基因盒序列，提示基因的傳播有共同的來源。中國(guó)分離肺炎克雷伯菌SCMC1質(zhì)粒pIMP-4上有blaIMP-4基因，其位于I型整合酶的下游但其基因環(huán)境與之前提到的不同，提示blaIMP-4作為基因盒被新的I型整合子捕獲。

從現(xiàn)有的信息仍不能得出確切的介導(dǎo)blaIMP-4移動(dòng)的機(jī)制，基因盒可以以環(huán)狀形式脫落，環(huán)狀形式的基因盒也可以被新的I型整合子捕獲［9］，但我們觀察到的是含有blaIMP-4-qacG2-aacA4-catB3基因盒序列以一個(gè)整體在轉(zhuǎn)移，提示有其他的機(jī)制參與整合子的轉(zhuǎn)移。從已知的結(jié)構(gòu)分析有三種可能：①兩個(gè)拷貝的IS26介導(dǎo)的包括blaIMP-4基因在內(nèi)的長(zhǎng)片段DNA的轉(zhuǎn)座。②ISCR1介導(dǎo)的其上下游基因片段的轉(zhuǎn)移。因7條已知序列中有5條在blaIMP-4下游出現(xiàn)了ISCR1。而ISCR1已被證明與很多耐藥基因的轉(zhuǎn)移相關(guān)［10］。③上述兩種機(jī)制可能共同參與到blaIMP-4基因的轉(zhuǎn)移中。

綜上所述，blaIMP-4基因主要報(bào)道在腸桿菌科細(xì)菌和非發(fā)酵鮑氏不動(dòng)桿菌中檢出。世界各地報(bào)道的blaIMP-4基因的側(cè)翼結(jié)構(gòu)具有相似性，blaIMP-4基因以基因盒的形式存在于I型整合子中，兩個(gè)拷貝的IS26形成的轉(zhuǎn)座子的轉(zhuǎn)座和（或）ISCR1介導(dǎo)的上下游序列的轉(zhuǎn)移兩種機(jī)制可能參與blaIMP-4基因的廣泛轉(zhuǎn)移。

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10.3969/cmba.j.issn.1673-713X.2015.01.017

傳染病預(yù)防控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室面上項(xiàng)目（2012SKLID205）；國(guó)家“十二五”艾滋病和病毒性肝炎等重大傳染病防治專項(xiàng)（2013ZX 10004-217）

102206北京，中國(guó)疾病預(yù)防控制中心傳染病預(yù)防控制所細(xì)菌耐藥室傳染病預(yù)防控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

李娟，Email：lijuan@icdc.cn

2014-05-09