細(xì)菌中獲得并轉(zhuǎn)移耐藥基因—質(zhì)粒概述

高淑娟 （山東省泰安市岱岳區(qū)畜牧獸醫(yī)局 271000）

細(xì)菌中獲得并轉(zhuǎn)移耐藥基因—質(zhì)粒概述

高淑娟 （山東省泰安市岱岳區(qū)畜牧獸醫(yī)局 271000）

細(xì)菌已在地球上存在了30億年左右，變得擅于保護(hù)自己免受有毒化學(xué)物質(zhì)的侵害。而抗生素在臨床上使用已有70多年，目前耐藥性問(wèn)題成為了世界上嚴(yán)峻的問(wèn)題之一，同時(shí)這也證明了細(xì)菌適應(yīng)能力之強(qiáng)及傳播速度之快。

細(xì)菌的耐藥性機(jī)制有多種方式，包括：靶點(diǎn)保護(hù)，靶點(diǎn)替代，抗生素降解以及阻斷胞內(nèi)抗生素積累。耐藥性的獲得是在多種基因轉(zhuǎn)移系統(tǒng)協(xié)助下完成的，耐藥基因轉(zhuǎn)移系統(tǒng)(如細(xì)菌接合質(zhì)粒，轉(zhuǎn)座元件和整合子系統(tǒng))是將耐藥基因從一個(gè)DNA系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到另一個(gè)，從一個(gè)細(xì)菌移動(dòng)到另一個(gè)細(xì)菌，但是和基因的供體未必相關(guān)。要想闡明各種耐藥機(jī)制就必須了解耐藥基因獲得。質(zhì)粒作為抗性基因捕獲和傳播的載體在耐藥性方面起著核心作用。

1 移動(dòng)基因元件

移動(dòng)基因元件分為兩類(lèi)：一類(lèi)元件是可以從一個(gè)細(xì)菌轉(zhuǎn)移到另一個(gè)細(xì)菌，包括抗性質(zhì)粒和接合抗性轉(zhuǎn)座子；另一類(lèi)是在同一細(xì)胞內(nèi)可以從一個(gè)基因位點(diǎn)移動(dòng)到另一基因位點(diǎn)，包括抗性轉(zhuǎn)座子、基因盒和ISCR促進(jìn)的基因轉(zhuǎn)移。質(zhì)粒和接合轉(zhuǎn)座子在細(xì)菌間的轉(zhuǎn)移的機(jī)制中涉及到復(fù)制。

2 細(xì)菌質(zhì)粒

（1）將很多基因從一個(gè)細(xì)菌轉(zhuǎn)移到另一個(gè)細(xì)菌(稱之為水平基因轉(zhuǎn)移)的移動(dòng)元件是質(zhì)粒，即接合質(zhì)粒，能夠促進(jìn)其自身轉(zhuǎn)移以及其它質(zhì)粒在細(xì)菌間的轉(zhuǎn)移。質(zhì)粒被認(rèn)為是小的附屬的非必須的基因，不提供細(xì)胞基本生長(zhǎng)和繁殖所需的任何一組核心基因，而是攜帶了使細(xì)菌適應(yīng)特殊環(huán)境狀態(tài)的基因，例如能夠在潛在的致死性抗生素存在的情況下生存和繁殖。因此，質(zhì)粒攜帶了各種各樣的基因，包括賦予抗生素抗性和對(duì)許多有毒重金屬(如汞、鎘和銀)抗性的基因，編碼增加細(xì)胞營(yíng)養(yǎng)功能的酶基因，毒力決定因子(允許入侵和生存于動(dòng)物系統(tǒng))，增強(qiáng)修復(fù)DNA損傷的能力的功能基因(Stanisich, 1988)。（2）質(zhì)粒編碼的耐藥性包括臨床使用的大多數(shù)種類(lèi)抗生素，并對(duì)很多一線治療藥物具有抗性，通常包括頭孢菌素、氟喹諾酮類(lèi)和氨基糖苷類(lèi)。許多抗性質(zhì)粒都是接合質(zhì)粒，即編碼促進(jìn)細(xì)菌與細(xì)菌之間的DNA轉(zhuǎn)移所必需的功能蛋白，尤其是其自身轉(zhuǎn)移所必需的。在接合質(zhì)粒的幫助下，共存于細(xì)菌中的其他質(zhì)粒也是可移動(dòng)的。因此接合質(zhì)粒往往較大，30kb或更大，說(shuō)明大量的DNA片段(20～30kb)用于編碼質(zhì)粒的接合功能，允許細(xì)菌與細(xì)菌之間偶聯(lián)接合功能，特別是革蘭氏陰性菌之間。這種偶聯(lián)是由胞外絲狀的性菌毛介導(dǎo)，像抓鉤一樣連接供體菌和受體菌，然后縮回到供體菌中以實(shí)現(xiàn)胞膜與胞膜接觸，當(dāng)DNA轉(zhuǎn)移孔形成橋梁連接供受體菌之間細(xì)胞質(zhì)(Wilkins, 1995)。接合是一種是供體菌和受體菌之間質(zhì)粒的復(fù)制過(guò)程(Wilkins, 1995)。（3）接合質(zhì)?？梢员憩F(xiàn)出廣的或窄的宿主范圍。對(duì)于后者，一般僅限于少數(shù)相近的細(xì)菌種屬之間轉(zhuǎn)移。廣的宿主范圍意味著元件能夠在廣泛的不同的細(xì)菌種屬之間轉(zhuǎn)移。確實(shí)，一些來(lái)自革蘭氏陰性菌的宿主范圍廣的質(zhì)粒似乎沒(méi)有宿主限制，并且在試管中接合試驗(yàn)，已經(jīng)顯示能夠轉(zhuǎn)移到革蘭氏陽(yáng)菌和單細(xì)胞真核微生物如酵母中，但不能在其中生存(Thomas, 1989)。什么因素決定了質(zhì)粒的宿主范圍，這一問(wèn)題尚未得到廣泛的研究，但有一種可能性是這個(gè)決定因素說(shuō)明了潛在受體菌表面受體的性質(zhì)，是質(zhì)粒特定的接合機(jī)制所需要的。如果潛在的受體菌缺乏這一結(jié)構(gòu)，則質(zhì)粒不會(huì)轉(zhuǎn)移到其中。如果受體的分布具有限制性，則質(zhì)粒將表現(xiàn)出窄的宿主范圍。另一種可能性是盡管質(zhì)粒的轉(zhuǎn)移是成功的，但是受體菌不支持其復(fù)制。廣宿主范圍和窄宿主范圍的質(zhì)粒都是非常常見(jiàn)的。此外，多個(gè)質(zhì)粒攜帶的情況并不少見(jiàn)。

事實(shí)上，質(zhì)粒在目前研究的大多數(shù)細(xì)菌中都是很常見(jiàn)的，并識(shí)別出大量的移動(dòng)遺傳信息。因此質(zhì)粒作為抗性基因捕獲和傳播的載體在耐藥性方面起著核心作用。

[1] Bennett PM Genome plasticity: Insertion sequence elements, transpons and integrons and DNA rearrangements [J]. Methods in Molecular Biology, 2004, 266: 71-113.

[2] Charlebois RI. Organization of the Prokaryotic Genome. ASM Press: Washington, DC. 1999.

[3] Stanisich VA. Identification and Analysis of Plasmids at the Genetic Level. Methods in microbiology, 1988, 21: 11-47.

[4] Thomas CM. Promiscuous plasmids of Gram-negative bacteria [M]. Academic Press: London, 1989.

[5] Wilkins BM. Gene transfer by bacterial conjugation: diversity of systems and functional specifications [C]//SYMPOSIA-SOCIETY FOR GENERAL MICROBIOLOGY. Cambridge University Press, 1994, 1(52): 59-59.

S857.11

A

1007-1733(2017)09-0081-01

2017–04–21）