質粒介導的tet(A)突變體對肺炎克雷伯氏菌替加環素耐藥的影響

荊 煒，程于夢，單新新，李德喜，姚 紅，杜向黨

(河南農業大學 牧醫工程學院，河南 鄭州 450046)

肺炎克雷伯氏菌(Klebsiellapneumoniae)是重要的條件致病菌，常引起肺炎、呼吸道感染、泌尿道感染、腹膜炎等嚴重醫院內感染，與屎腸球菌(Enterococcusfaecium)、金黃色葡萄球菌(Staphylococcusaureus)、鮑氏不動桿菌(Acinetobacterbaumannii)、銅綠假單胞菌(Pseudomonasaeruginosa)、腸桿菌屬(Enterobacter)細菌共同被美國傳染病學會評定為耐藥情況最嚴峻的6類細菌，簡稱ESKAPE[1]。由于抗生素的不合理使用，多重耐藥肺炎克雷伯氏菌在全球范圍內迅速散播，臨床調查顯示，它對氨基糖苷類、青霉素類、頭孢菌素類、碳青霉烯類藥物等呈現不同程度的耐藥[2]。替加環素是繼米諾環素后開發的新一代四環素類抗生素，通過可逆結合細菌核糖體30S亞基，阻斷tRNA進入核糖體A位點來抑制蛋白質合成，達到抗菌目的[3]。其與核糖體的親和力比四環素高十幾倍，具有更高的抗菌活性。作為治療多重耐藥肺炎克雷伯氏菌感染的重要敏感儲備藥物，其耐藥機制備受國內外關注。

本實驗從臨床分離到一株替加環素耐藥的肺炎克雷伯氏菌，利用電轉化、酶切、克隆、測序分析、藥敏實驗等方法，對其耐藥機制進行研究。結果證實，tet(A)突變是導致肺炎克雷伯氏菌對替加環素耐藥的重要機制，且該tet(A)突變體位于一個接合性質粒上，可加速該基因突變體的流行及傳播。這一發現擴展了人們對肺炎克雷伯氏菌抗替加環素的耐藥機制認識，并為該類型耐藥基因的擴散控制提供了新依據。

1 材料與方法

1.1 工程菌株、載體試劑和藥物

大腸埃希菌DH5α，載體PBSK由本實驗室保存。替加環素購自成都思天德生物科技有限公司，米諾環素購自蘭旭生物有限公司，四環素、環丙沙星、慶大霉素、頭孢噻圬、氨芐西林、PremixTaq酶均購自寶生生物有限公司。DL2000 DNA Marker、DL10000 DNA Marker、λ/HindⅢ DNA Marker購自北京百泰克生物技術有限公司。細菌基因組DNA提取試劑盒購自天根生化科技有限公司。

1.2 野生菌株的分離與鑒定

根據歐盟藥敏實驗標準(EUCAST)推薦的替加環素最低抑菌濃度(minimal inhibition concentrations, MIC): 1 mg·L-1判定為中介，≥2 mg·L-1判定為耐藥，配制含有替加環素終濃度2 mg·L-1的LB瓊脂板(新鮮配制，避光)[4]。將分離得到的菌株三區劃線于替加環素藥板，37 ℃恒溫培養12～24 h，觀察菌落生長情況。

將以上分離純化得到的細菌接種于普通培養基中培養24 h，再接種菌液于葡萄糖、乳糖、麥芽糖、甘露醇、蔗糖、枸櫞酸鹽、硫化氫、吲哚、尿素、硝酸鹽、明膠、鳥氨酸脫羧酶、M.R、V-P等微量生化管進行生化實驗。同時制備模板DNA：挑取單個菌落于LB肉湯中，37 ℃搖床培養至對數期，使用細菌基因組DNA提取試劑盒提取DNA。根據文獻[5]，合成16S rRNA細菌種屬鑒定引物，擴增PCR，測序。

1.3 電轉化實驗

接200 μL菌液于300 mL LB 肉湯中，37 ℃搖床培養14 h，使用美國QIAGEN公司中提試劑盒(QIAGEN?Plasmid Midi Kit)提取野生株細菌質粒。根據文獻[6]提供的方法，制備感受態細胞，將細胞按80 μL等份裝入微量離心管，保存于-80 ℃備用。根據文獻[7]進行電轉化實驗，轉移轉化后的細胞至替加環素(終濃度為2 mg·L-1)加藥培養基中，37 ℃培養24～48 h，觀察電轉子。

1.4 功能性實驗

提取電轉子質粒：細菌電轉子質粒的提取方法同1.3節，保存于-80 ℃備用。

質粒的酶切、連接與轉化(克隆)：用5 μLEcoRⅠ酶、5 μL 10×H Buffer與5 μL電轉子質粒或5 μL PBSK載體混合，加純水補齊至50 μL，37 ℃酶切3 h；65 ℃ 20 min 終止酶切反應；將上述酶切產物分別與2 μL SAP酶和5 μL 10×SAP Buffer混合，純水補齊至50 μL，37 ℃ 15 min 去磷酸化；65 ℃ 15 min 終止酶切反應；將上述去過磷酸化的質粒DNA酶切產物和PBSK酶切產物一同與0.3 μL T4 連接酶、1 μL 10×T4 Buffer混合，純水補齊至10 μL，16 ℃ 過夜連接。

連接子的電轉化：方法同1.3節，轉移細胞至替加環素(終濃度為2 mg·L-1)和氨芐青霉素(終濃度為128 mg·L-1)的雙抗板上，37 ℃培養24～48 h，觀察電轉子。

1.5 連接電轉子質粒的提取和測序

細菌連接電轉子質粒的提取方法同1.3節。根據PBSK載體通用引物M13-F/M13-R，送至北京華大基因公司進行測序。

1.6 藥敏實驗

對野生菌、電轉子、連接電轉子、空載體、DH5α進行藥敏實驗，藥物有環丙沙星、慶大霉素、頭孢噻圬、四環素、米諾環素和替加環素，通過微量肉湯稀釋法測定MICs[8]。當第12孔陰性對照無菌落生長、而第11孔陽性對照有明顯生長時，讀取該次實驗結果。

2 結果與分析

2.1 菌株的分離和鑒定結果

分離得到一株在替加環素(2 mg·L-1)瓊脂板上生長的野生菌株。生化鑒定實驗顯示，該菌發酵葡萄糖、乳糖、麥芽糖、甘露醇、蔗糖，不產生硫化氫，不利用枸櫞酸鹽，不還原硝酸鹽，產生吲哚，液化明膠，鳥氨酸脫羧酶、M.R、V-P均呈陽性，與肺炎克雷伯氏菌的生化特性一致。16S PCR擴增結果如圖1，測序為肺炎克雷伯氏菌，命名為kp-15-72。

2.2 野生菌株質粒的提取與電轉化

從圖2可以看出，對分離的替加環素耐藥的肺炎克雷伯菌kp-15-72進行質粒抽提可獲得多個質粒，而電轉化僅得到含單一替加環素耐藥質粒的電轉子，該電轉子命名為Tkp-1，表明引起該株肺炎克雷伯菌替加環素耐藥的基因位于質粒上。

2.3 耐藥基因克隆

提取電轉子Tkp-1質粒進行EcoRⅠ酶切、連接、克隆、電轉化等實驗，得到一個含有約5 kb的克隆片段的陽性菌株，命名為DH5α[PBSK+tet(A) variant]，說明肺炎克雷伯菌替加環素耐藥的產生是由該5 kb的片段引起，見圖3。

M，Marker；1，kp-15-72.圖1 菌株16S PCR擴增結果Fig.1 16S PCR amplification results

M，Marker；1，kp-15-72；2，TKP-1(電轉子)。圖2 野生菌及其電轉子的質粒圖譜Fig.2 Plasmid profiles of wild-type strains and their transformants

2.4 測序

根據PBSK載體通用引物M13-F/M13-R，對連接電轉子再酶切片段進行測序，經NCBI Blast比對分析，該質粒中tet(A)基因發生了雙移碼突變，從野生型AGCTTCGTTC突變為GCTTCGTTCC。

2.5 藥敏實驗

按EUCAST標準測定野生株kp-15-72，電轉子Tkp-1，DH5α[PBSK+tet(A) variant]，DH5α[empty PBSK vector]，DH5α對幾個常用藥物的藥敏實驗，結果如表1，說明tet(A)突變體同時貢獻了對替加環素、四環素和米諾環素不同程度的耐藥性。

表1 野生株kp-15-72、電轉子Tkp-1、DH5α[PBSK+tet(A) variant]、DH5α[empty PBSK vector]和DH5α的藥物敏感性檢測Table 1 Antimicrobial susceptibility tests of wild-type strain kp-15-72，transformant Tkp-1，DH5α[PBSK+tet(A) variant]，DH5α[empty PBSK vector] and DH5α

3 討論

近幾年來，肺炎克雷伯氏菌的耐藥性已經超過同屬腸桿菌科的大腸埃希菌，特別是自2001年美國出現第一株碳青霉烯類耐藥肺炎克雷伯桿菌后，多重耐藥的肺炎克雷伯氏菌很快在全世界多國家、多地區播散和流行[9]。替加環素成為僅剩的有效抗生素，且被目標性應用于治療多重耐藥肺炎克雷伯桿菌及其他碳青霉烯類耐藥腸桿菌的感染病例[10]。然而隨著替加環素使用的增加，世界多地出現了替加環素耐藥肺炎克雷伯桿菌，使肺炎克雷伯氏菌感染陷入無藥可治的困境，嚴重威脅人畜健康[11]。

整理與肺炎克雷伯氏菌對替加環素耐藥的所有研究，主動外排系統是導致K.pneumoniae對替加環素耐藥的主要機制，其中AcrAB-TolC外排泵和OqxAB外排泵上調引起的耐藥最為廣泛[12-16]。除此之外，Nielse等[17]和Hawser等[18]在肺炎克雷伯菌的外排泵操縱子上游發現了一個IS5插入序列，將其導入缺失kpgABC基因的菌株中，發現外排泵KpgABC表達上調使替加環素MIC值上升4倍，說明單獨的KpgABC外排系統可導致肺炎克雷伯菌對替加環素的耐藥水平大幅度升高。Villa等[19]和Beabout等[20]得到一株對替加環素耐藥的肺炎克雷伯菌，測序顯示位于核糖體30S亞基中與替加環素作用靶點相鄰的S10核糖體蛋白的編碼基因rpsJ發生了點突變，功能驗證發現，rpsJ突變可改變替加環素結合位點附近的核糖體結構，擾亂Mg2+離子配位，導致替加環素與16S rRNA的結合減弱，敏感性下降。本研究得到一個攜帶tet(A)突變的質粒，藥敏實驗和功能實驗證實tet(A)突變可導致肺炎克雷伯氏菌對替加環素低濃度耐藥，且質粒有加速這種耐藥傳播的可能，為抗菌藥耐藥性風險評估和控制提供了依據。

綜上所述，如何減少替加環素耐藥肺炎克雷伯菌的出現，延長替加環素的使用壽命成為一個全世界關注的熱點問題。對耐藥機制進行深入研究，可為改進現有抗生素、開發新型抗菌藥物提供新思路。鑒于替加環素在治療多重耐藥菌株肺炎克雷伯菌的重要性，迫切需要加強對替加環素耐藥肺炎克雷伯菌的監測和隔離控制。

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