銅綠假單胞菌氨基糖苷類抗生素耐藥基因檢測(cè)

張 凡,郭 普,張倫軍 ,鄭 晶,鄭照軍,徐元宏

銅綠假單胞菌是一種醫(yī)院感染常見的條件致病菌。2015年全國細(xì)菌耐藥監(jiān)測(cè)網(wǎng)(china antimicrobial resistance surveillance system，CARSS)監(jiān)測(cè)報(bào)告顯示：臨床分離菌中銅綠假單胞菌在革蘭陰性桿菌排第三位,在非發(fā)酵菌中位居第一[1]。氨基糖苷類抗生素常作為治療革蘭陰性桿菌及其耐藥菌感染重要的治療藥物[2]。但隨著該類藥物在臨床的應(yīng)用,銅綠假單胞菌對(duì)其耐藥性有所上升[3],其耐藥機(jī)制中AMEs和16S rRNA甲基化酶是介導(dǎo)氨基糖苷類抗生素高度耐藥的主要原因[4]。為探討銅綠假單胞氨基糖苷類抗生素耐藥機(jī)制以及是否存在16 S rRNA甲基化酶基因，該研究收集分離的對(duì)氨基糖苷類抗生素耐藥的菌株，檢測(cè)分析5個(gè)16S rRNA甲基化酶基因和16個(gè)AMEs基因，現(xiàn)將結(jié)果報(bào)道如下。

1 材料與方法

1.1受試菌株收集2016年1～12月蚌埠醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院臨床分離的銅綠假單胞菌248株，選取其中54株氨基糖類抗生素耐藥菌株(剔除重復(fù)菌株)。

1.2主要儀器及試劑VITEK-2compact全自動(dòng)細(xì)菌鑒定藥敏儀及配套鑒定藥敏卡(法國梅里埃公司)；PCR擴(kuò)增儀(法國 BIOER公司)；電泳儀及凝膠成像系統(tǒng)(美國Bio-Rad公司)；藥敏紙片及MH瓊脂(英國OXOID公司)。

1.3菌株鑒定和藥敏試驗(yàn)用VITEK 2 COMPECT全自動(dòng)鑒定藥敏分析儀及其配套的鑒定藥敏卡對(duì)菌株進(jìn)行鑒定和藥敏實(shí)驗(yàn)，同時(shí)用K-B法復(fù)核藥敏結(jié)果，根據(jù)2016版CLSI標(biāo)準(zhǔn)判讀藥敏結(jié)果。

1.4耐藥基因PCR擴(kuò)增和序列分析

1.4.1PCR引物 21種引物設(shè)計(jì)根據(jù)GenBank收錄的AMEs基因和甲基化酶基因序列，參照文獻(xiàn)[5]，由上海生物工程服務(wù)有限公司合成，見表1。

1.4.2氨基糖苷類耐藥基因的檢測(cè) PCR反應(yīng)體系和擴(kuò)增參數(shù)為：50 μl反應(yīng)體系:上下游引物各1 μl，Ex Taq酶0.5 μl、10×Buffer 5 μl、dNTP 4 μl、模板DNA 2 μl、 dd H2O 36.5 μl。PCR擴(kuò)增參數(shù)為：95 ℃預(yù)變性5 min，95 ℃變性30 s，退火30 s(退火溫度見表1)，72 ℃延伸40 s ，30～45個(gè)循環(huán)；72 ℃保溫 10 min。將所得PCR擴(kuò)增產(chǎn)物進(jìn)行瓊脂糖凝膠電泳分析：Gelred染色劑，1%～1.5%瓊脂糖凝膠，電壓102 V，時(shí)間30～40 min。紫外凝膠成像系統(tǒng)觀察結(jié)果。陰性對(duì)照為重蒸餾水，陽性對(duì)照菌株由安徽醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院檢驗(yàn)科惠贈(zèng)。然后將陽性基因擴(kuò)增產(chǎn)物送至上海生物工程服務(wù)有限公司測(cè)序，測(cè)序結(jié)果進(jìn)行Blast比對(duì)。

1.5質(zhì)控菌株大腸埃希菌 ATCC25922、銅綠假單胞菌 ATCC27853購自國家衛(wèi)生和計(jì)劃生育委員會(huì)臨檢中心。

表1 各耐藥基因PCR引物序列、產(chǎn)物長(zhǎng)度和退火溫度

表2 54株銅綠假單胞菌氨基糖苷類抗生素耐藥基因陽性率

2 結(jié)果

2.1氨基糖苷類抗生素耐藥基因檢測(cè)結(jié)果54例耐藥菌株共檢出陽性耐藥基因的有52例，檢出率為96.3%(52/54)，存在兩種以上耐藥基因的共45株，檢出率為79.6%(43/54)。3種以上陽性的有27例，檢出率為50.0%(27/54)。21個(gè)基因中，共有7種氨基糖苷類抗生素耐藥基因檢測(cè)陽性：ant(3″)-Ⅰ、aac(3)-Ⅱc、ant(4′)-Ⅰa、aac(6′)-Ⅰb和ant(2″)-Ⅰa，rmtB，armA。AMEs基因陽性的有51株，檢出率為94.4%。包括5種AMEs基因，其檢出率分別為ant(3″)-Ⅰ36株(66.7% )，aac(3)-Ⅱc 21株(38.9%)，ant(4′)-Ⅰa 17株(31.5%)，aac(6′)-Ⅰb17株(31.5%)，ant(2″)-Ⅰa 9株16.6%；甲基化酶基因陽性的有28株，檢出率為51.9%，包括rmtB 16株(29.6%)和armA16株(29.6%)。其余基因均未檢出。見表2。部分菌株P(guān)CR擴(kuò)增結(jié)果見圖1。

2.2氨基糖苷類耐藥基因序列分析結(jié)果所得陽性擴(kuò)增產(chǎn)物測(cè)序結(jié)果測(cè)序結(jié)果與目的基因一致，經(jīng) BLAST 比對(duì)分析，與目的基因相同。部分測(cè)序峰圖見圖 2～3。

3 討論

銅綠假單胞菌是引起醫(yī)院感染的重要病原菌之一。國內(nèi)外研究顯示[1,6-8]：該菌是引起醫(yī)院感染的第三或四位病原菌，在非發(fā)酵菌中位居第一。氨基糖苷類抗菌藥物(aminoglycosides)包括由鏈霉菌或小單胞菌天然產(chǎn)生的鏈霉素、新霉素、慶大霉素等和人工半合成的阿米卡星、丁胺卡拉霉素等。氨基糖苷類抗菌30S 核糖體亞單位的 16S rRNA 解碼區(qū)的A部位來抑制細(xì)菌蛋白質(zhì)的合成。2015版抗菌藥物臨床應(yīng)用指導(dǎo)原則[2]指出，氨基糖苷類藥物對(duì)于腸桿菌細(xì)菌和銅綠假單胞菌等革蘭陰性桿菌具有強(qiáng)大的抗菌活性。氨基糖苷類藥物作為一線和聯(lián)合用藥被廣泛用于敗血癥、肺炎和腦膜炎等由耐藥菌所致的嚴(yán)重感染的治療[9]。然而近年來，氨基糖苷類抗生素對(duì)銅綠假單胞菌耐藥率也有所上升[10]。產(chǎn)生多重耐藥菌株甚至泛耐藥銅綠假單胞菌，導(dǎo)致臨床用藥及抗感染治療非常困難。

圖1 armA(A)和rmtB(B)基因型PCR擴(kuò)增結(jié)果

圖2 rmtB部分測(cè)序峰圖

圖3 aac(3)-Ⅱc部分測(cè)序峰圖

銅綠假單胞菌對(duì)氨基糖苷類抗菌藥物的耐藥機(jī)制[11-13]有氨基糖苷修飾酶鈍化作用、外膜通透降低、外排泵高表達(dá)、靶位突變或甲基化修飾和核開關(guān)調(diào)控等，其中最主要的是鈍化作用。本研究共檢出7種氨基糖苷類抗生素耐藥基因：ant(3″)-Ⅰ、aac(3)-Ⅱc、ant(4′)-Ⅰa、aac(6′)-Ⅰb和ant(2″)-Ⅰa，rmtB，armA 。包括5種AMEs基因和2種16S rRNA甲基化酶基因。AMEs基因陽性的有51株，檢出率為94.4%。5種AMEs基因，其檢出率分別為ant(3″)-Ⅰ 36株(66.7%)，aac(3)-Ⅱc 21株(38.9%)，ant(4′)-Ⅰa 17株(31.5%)，aac(6′)-Ⅰb17株(31.5%)，ant(2″)-Ⅰa 9株16.6%。明德松 等[14]對(duì)我國銅綠假單胞菌耐氨基糖苷類基因分布的文獻(xiàn)研究顯示我國不同地域AMEs基因有差別?；春右员钡貐^(qū) AMEs 基因aac(3′)-Ⅰ、aac(3′)-Ⅱ、aac(6′)-Ⅰ、ant(2″)-Ⅰ的檢出率普遍高于淮河以南地區(qū)。AMEs 基因淮河以北主要為ant(2″)-Ⅰ、aac(3′)-Ⅱ、aac(6′)-Ⅱ，淮河以南主要是aac(6′)-Ⅱ、ant(2″)-Ⅰ、aac(3″)-Ⅰ。本次研究顯示的陽性基因與上文研究結(jié)果不完全相同，我院地處江淮之間，出現(xiàn)未提及基因ant(4′)-Ⅰa，檢出17株，檢出率31.5%，進(jìn)一步證實(shí)了銅綠假單胞菌多為多重耐藥菌株且易變異的特點(diǎn)。這可能由于不同地區(qū)不同抗生素的運(yùn)用而導(dǎo)致細(xì)菌產(chǎn)生不同的耐藥性。本次研究AMEs陽性基因檢出率高達(dá)94.4%，并大量出現(xiàn)一株細(xì)菌產(chǎn)生多種耐藥基因的情況，說明氨基糖苷類抗生素的大量應(yīng)用使銅綠假單胞菌產(chǎn)生的多種鈍化酶，其多重耐藥性與之有密切關(guān)系。

近年來研究[4,15]表明由質(zhì)粒介導(dǎo)的16S rRNA甲基化酶基因，能產(chǎn)生對(duì)多種氨基糖苷類抗生素高水平耐藥菌株。2003年日本學(xué)者首次報(bào)道：細(xì)菌一旦獲得16S rRNA甲基化酶基因，將對(duì)所有氨基糖苷類抗生素的耐藥[4]。該基因的出現(xiàn)對(duì)氨基糖苷類抗生素的應(yīng)用產(chǎn)生了嚴(yán)重的影響[16]。本研究中54株銅綠假單胞菌中甲基化酶基因陽性的有28株，51.9%，包括rmtB 16株(29.6%)和armA 16株(29.6%)。說明我院編碼16S rRNA甲基化酶的基因主要是rmtB、armA，與我國報(bào)道的甲基化酶主要基因相同[14,17-18]。本次16S rRNA甲基化酶高陽性檢出率顯示：該基因是引起本地銅綠假單菌對(duì)氨基糖苷類藥物耐藥的重要原因之一，該耐藥基因的出現(xiàn)說明合理使用氨基糖苷類抗生素亟待重視。另外54株耐藥菌株中還有4株檢測(cè)到同時(shí)攜帶rmtB 和armA基因，27株檢測(cè)到除攜帶16S rRNA甲基化酶基因還攜帶AMEs基因，檢出率為50.0%，提示銅綠假單胞菌可能攜帶多種耐藥基因，共同導(dǎo)致我院銅綠假單胞菌氨基糖苷類抗生素耐藥。

此外，54株耐藥菌株中還有2株菌未檢出常見的21種耐藥基因，可能還存在其他的耐藥機(jī)制，有待于進(jìn)一步研究。

綜上所述，我院臨床分離的銅綠假單胞菌攜帶多種16S rRNA甲基化酶基因和AMEs基因，應(yīng)密切監(jiān)控其對(duì)氨基糖苷類抗生素的耐藥性及其耐藥機(jī)制，防止耐藥株流行和播散，為臨床合理選擇抗菌藥物提供可靠的實(shí)驗(yàn)室依據(jù)。

[1] 國家衛(wèi)生計(jì)生委合理用藥專家委員會(huì)，全國細(xì)菌耐藥監(jiān)測(cè)網(wǎng).2015年全國細(xì)菌耐藥監(jiān)測(cè)報(bào)告[J].中國執(zhí)業(yè)藥師,2016,13(3):3-8.

[2] 孟現(xiàn)民,董 平,張永信.認(rèn)真落實(shí)《抗菌藥物臨床應(yīng)用指導(dǎo)原則(2015年版)》[J].上海醫(yī)藥,2016,37(5):3-6,10.

[3] 李婷婷,韓冠英.某院銅綠假單胞菌耐藥性與抗菌藥物使用量的相關(guān)性分析[J].中國醫(yī)院藥學(xué)雜志,2016,36(19):1689-93.

[4] Yokoyama K, Doi Y, Yamane K, et al. Acquisition of 16S rRNA methylase gene inPseudomonasaeruginosa[J].Lancet, 2003, 362 (9399) :1888-93.

[5] Nie L,Lv Y,Yuan M,et al.Genetic basis of high level aminoglycoside resistance inAcinetobacterbaumanniifrom Beijing, China[J].Acta Pharm Sin B, 2014,4(4):295-300.

[6] 卞婷婷,劉艷艷,葉 英,等.安徽地區(qū)銅綠假單胞菌耐藥性分析及泛耐藥菌體外聯(lián)合藥敏試驗(yàn)的研究.[J].安徽醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào),2017,52(10):1536-9.

[7] 胡付品,郭 燕,朱德妹,等.2016年中國CHINET細(xì)菌耐藥性監(jiān)測(cè)[J].中國感染與化療雜志,2017,17(5):481-91.

[8] Hu F P, Guo Y, Zhu D M, et al.Resistance trends among clinical isolates in China reported from CHINET surveillance of bacterial resistance,2005-2014[J].Clin Microbiol Infect,2016,22 Suppl 1:S9-14.

[9] 王明貴,Guan X,He L,等.廣泛耐藥革蘭陰性菌感染的實(shí)驗(yàn)診斷、抗菌治療及醫(yī)院感染控制:中國專家共識(shí)[J].中國感染與化療雜志,2017,17(1):82-92.

[10] Magiorakos A P, Srinivasan A, Carey R B, et al.Multidrug-resistant, extensively drug-resistant and pandrugresistant bacteria:an international expert proposal for interim standard definitions for acquired resistance[J].Clin Microbiol Infect,2012,18(3):268-81.

[11] Zavascki A P, Carvalhaes C G, Picao R C, et al.Multidrug-resistant Pseudomonas aeruginosa andAcinetobacterbaumannii:resistance mechanisms and implications for therapy[J].Expert Rev Anti Infect Ther,2010,8(1):71-93.

[12] Alvarez-ortega C,Wiegand I,Olivares J,et al.The intrinsic resistome ofPseudomonasaeruginosato β-lactams[J].Virulence,2011,2(2):144-6.

[13] Poole K.Aminoglycoside resistance inPseudomonasaeruginosa[J].Antimicrob Agents Chemother,2005,49 (2):479-87.

[14] 明德松,鄧 勇.我國銅綠假單胞菌耐氨基糖苷類基因分布的文獻(xiàn)研究[J].中國循證醫(yī)學(xué)雜志2014,14(7):874-7.

[15] Doi Y,Yokoyama K,Yamane K,et al.Plasmid-mediated 16S rRNA methylase inSerratiamarcescensconferring high-level resistance to aminoglycosides [J]. Antimicrob Agents Chemother, 2004,48 (2):491-6.

[16] Yamane K,Doi Y,Yokoyama K,et al.Genetic environments of the rmtA gene inPseudomonasaeruginosaclinical isolates[J].Antimicrob Agents Chemother, 2004, 48 (6) :2069-74.

[17] 彭敬紅,侯彥強(qiáng),謝多雙,等.銅綠假單胞菌16S rRNA甲基化酶基因和氨基糖苷修飾酶基因的研究[J].檢驗(yàn)醫(yī)學(xué),2015,30(6):613-6.

[18] 吳 瓊,韓立中,孫景勇,等.氨基糖苷類耐藥的腸桿菌科細(xì)菌16S rRNA甲基化酶基因研究[J].檢驗(yàn)醫(yī)學(xué),2014,29(5):528-34.