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域關注的熱點［1］。中國學者有限的研究報道顯示B組碳青霉烯酶中IMP家族如IMP-4、IMP-9亞型，VIM家族中VIM-2亞型在中國地區(qū)分離的金屬酶陽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)的事實是確定的［2-4］。這些基因的傳播機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香港分離的一株不動菌屬中［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。

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］，因此我們對目前NCBI（http：//www.ncbi.nlm.nih.gov/）上提供的有關不同種屬中blaIMP-4基因的基因環(huán)境做系統(tǒng)分析比對，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AF244145，在NCBI網(wǎng)站Nucleotide入口檢索AF244145，下載blaIMP-4基因全長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、國家等信息。

2 結果

2.1 GenBank中部分攜帶blaIMP-4基因菌株相關信息匯總

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信息見表1。

表1 不同國家和地區(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基因的檢出國家主要分布在中國（6/13），其次為新加坡（3/13）和澳大利亞（3/13）。序列提交時間分布在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)酵的鮑氏不動桿菌（5/13）。雖然序列提交的多少不能確切地反映當?shù)卣鎸嵉哪退幓蛄餍胁W數(shù)據(jù)，但是在沒有更多流調(diào)文獻可參考的情況下，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

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，但是介導喹諾酮類藥物耐藥基因qnrB2基因與介導碳青霉烯類藥物耐藥基因blaIMP-4共存于一個復合型I型整合子是這三株菌的共同特點。中國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blaIMP-4移動的機制，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基因盒序列以一個整體在轉(zhuǎn)移，提示有其他的機制參與整合子的轉(zhuǎn)移。從已知的結構分析有三種可能：①兩個拷貝的IS26介導的包括blaIMP-4基因在內(nèi)的長片段DNA的轉(zhuǎn)座。②ISCR1介導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［10］。③上述兩種機制可能共同參與到blaIMP-4基因的轉(zhuǎn)移中。

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

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

傳染病預防控制國家重點實驗室面上項目（2012SKLID205）；國家“十二五”艾滋病和病毒性肝炎等重大傳染病防治專項（2013ZX 10004-217）

102206北京，中國疾病預防控制中心傳染病預防控制所細菌耐藥室傳染病預防控制國家重點實驗室

李娟，Email：lijuan@icdc.cn

2014-05-09