質粒介導的產NDM-1 腸桿菌科細菌分子水平研究

王 選 董世雷 張亞培 范芳華 朱 杰

浙江醫院醫學檢驗科，浙江杭州 310013

新德里金屬β 內酰胺酶（New Delhi metallo-βlactamase，NDM）是2008 年首次發現的一種新型碳青霉烯酶[1]。隨后其便以驚人的速度在世界范圍內播散流行。目前認為南亞、歐洲以及中東為NDM 最為流行的地區[2]。2011 年浙江省發現首例產NDM-1 鮑曼不動桿菌患者[3]，隨后NDM 便在細菌中蔓延開來[4-8]。NDM 國內雖多有研究，但菌株大多呈分散分布[9]。關于blaNDM-1基因分子水平研究，目前國內還比較欠缺。本研究擬通過對2015 年1 月—6 月分離的29 株產NDM-1 腸桿菌科細菌進行同源性分析，了解其在該地區的流行情況；通過周圍序列分析，闡明該基因所處的周圍環境。

1 材料與方法

1.1 菌株來源

29 株產NDM-1 腸桿菌科細菌分離自浙江醫院碳青霉烯類抗生素耐藥菌株，包括9 株陰溝腸桿菌（Eo），6 株產氣腸桿菌（EA），4 株大腸埃希菌（EC），4 株弗勞地枸櫞酸桿菌（FC），2 株肺炎克雷伯菌（KP），2 株產酸克雷伯菌（KO）和2 株摩根摩根菌（MM）。本研究經浙江醫院醫學倫理委員會批準。

1.2 試劑與儀器

Vitek2 compact 全自動細菌鑒定系統和藥敏系統（法國梅里埃公司，型號：VITEK?2 COMPACT 30）；VITEK MS 質譜儀（法國梅里埃公司，型號：VITEK?MS）；哥倫比亞血瓊脂平板（鄭州貝瑞特生物制品有限公司，批號：0052020）；Taq 酶及PCR 相關試劑（日本Takara 公司，批號：R007WZ）；質粒抽提試劑盒（美國Axygen 公司，批號：12318KA1）；PCR 儀器及紫外成像系統（德國Biometra 公司，型號：Bio-1000F）；脈沖場凝膠電泳儀及成像系統及相關試劑（德國Biometra 公司，型號：Biometra-Rotaphor?6.0）。

1.3 菌株鑒定及耐藥檢測

Vitek2 compact 全自動細菌鑒定系統和藥敏系統進行菌株鑒定和藥敏試驗，VITEK MS 質譜儀對鑒定結果進行確認。

1.4 特異性PCR 擴增和測序

質粒提取試劑盒提取菌株DNA 為模板，分別擴增碳青霉烯酶耐藥基因和超廣譜β-內酰胺酶（ESBLs）耐藥基因，引物參照文獻[10-11]。陽性產物測序分析，確定耐藥基因類型。

1.5 脈沖場凝膠電泳

采用脈沖場凝膠電泳技術對攜帶blaNDM-1基因腸桿菌科細菌進行同源性分析。具體操作流程和判定標準參考文獻[12]。

1.6 多位點序列分型

對EC、KP 和Eo 進行多位點序列分型。管家基因引物序列及擴增條件參見參考文獻[13-15]。PCR 擴增產物進行測序比對，以確定該菌株的多位點序列分型（MLST）型別。

1.7 接合試驗

受體菌為利福平耐藥大腸埃希菌EC600，供體菌為攜帶blaNDM-1菌株。接合子用VITEK MS 進行質譜鑒定，PCR 擴增接合子blaNDM-1確認。

1.8 以PCR 為基礎的質粒復制子分型（PBRT）

方法為以接合子DNA 為模板，PCR 擴增特異性引物來確定質粒型別。擴增陽性產物進行測序，根據測序結果進行質粒復制子分型。

1.9 目的基因周圍序列分析

提取接合子質粒DNA，根據國內攜帶blaNDM-1質粒pNDM-HN380 的全質粒測序序列（GenBank，JX10476 0.1），設計引物PCR 擴增接合子該基因周圍序列（8828 bp）。PCR 陽性結果測序，測序所得DNA 序列進行拼接，繪制開放閱讀框架示意圖。

2 結果

2.1 耐藥基因檢測結果

29 株攜帶blaNDM-1基因菌株中，86.9%（26/29）合并ESBLs 或其他碳青霉烯酶耐藥基因。其中，3 株EA，2 株FC，1 株Eo 和1 株KP 同時含有blaNDM-1和blaKPC-2基因；1 株Eo 同時攜帶blaNDM-1和blaIMP-4基因；1 株KP 同時攜帶blaNDM-1和blaVIM-1基因。耐藥基因檢測結果見表1。

2.2 脈沖場凝膠電泳（PFGE）和MLST 分析結果

PFGE 分析發現，6 株EA，5 株Eo，2 株EC 及2 株KO 分別具有同源性，見圖1。MLST 發現3 株大腸埃希菌為ST167，5 株陰溝腸桿菌為ST114，見表1。

圖1 菌株PFGE 示意圖

2.3 接合實驗與PBRT 質粒分型結果

27 株菌株接合成功，見表1。接合子進行PBRT 質粒分型發現，其中16 株為IncX3 型質粒，7 株為無法區分的型別，2 株為IncN 型質粒，2 株為IncF 型質粒。

表1 29 株產NDM-1 腸桿菌科細菌及其結合子菌株信息表

2.4 基因周圍環境分析

基因周圍環境分析見圖2。其中菌株KO-03、FC-05、EC-06 和Eo-09 的開放閱讀框架同已公開序列的KP 質粒pNDM-HN380（GenBank 登錄號JX104760.1）完全一致，基因片段blaNDM-1-bleMBL-trpF 存在于所有已測序成功的16 株菌株中。

圖2 blaNDM-1 基因及其周圍環境的開放閱讀框架示意圖

3 討論

兩種碳青霉烯酶存在于同一菌株中，在國內外極少出現[16-17]。本研究結果顯示，9 株菌株攜帶兩種碳青霉烯酶。多種耐藥基因的合并存在，給產NDM-1 菌株的治療帶來更大挑戰。在國內，極少出現同一克隆株的傳播流行現象[18-19]。本研究通過PFGE 分析發現部分菌株具有同源性，提示需加強院內感控，關注多重耐藥菌的傳播流行現象。質粒是介導blaNDM-1基因傳播轉移的主要載體。目前世界上可以攜帶該基因的質粒有IncX3、A/C、L/M、FI/FII、I1 等型別[20-21]。其中，IncX3 型質粒認為是國內介導該基因傳播轉移的主要載體[22-23]。本研究對接合子進行PBRT 質粒分型發現，59.3%（16/27）的質粒為IncX3 型別，提示IncX3 型質粒同樣是介導本地區blaNDM-1基因轉移的主要質粒。

本研究對所獲菌株blaNDM-1基因周圍序列進行測序拼接發現，測序成功菌株中均存在基因片段blaNDM-1-bleMBL-trpF，這與國內報道一致[24-25]。本研究所有該基因上游均存在至少一個插入序列ISAba125。提示與ISAba125 相關的初始動員機制可能是blaNDM-1-bleMBL- trpF 基因獲得的原因。但是，trpF 下游區域基因序列

是多樣的，這提示浙江省blaNDM-1基因的獲得可能有多種來源。

綜上所述，本研究從菌株、質粒以及基因3 個水平對NDM-1 的傳播方式進行分析發現，多種傳播轉移方式的共同作用加速了該酶在腸桿菌科細菌中的流行。因此，院內感染控制科迫切需要監測腸桿菌科細菌中的碳青霉烯酶，特別是NDM-1，以控制和預防這類細菌的傳播流行。