黏菌素耐藥基因mcr-1的研究進(jìn)展

朱琪琪,路寧寧,王承業(yè),吳靈玉,張繼瑜,朱 陣,王瑋瑋

抗菌藥物以預(yù)防疾病和促生長作用廣泛應(yīng)用于畜禽養(yǎng)殖業(yè)。我國作為畜禽養(yǎng)殖大國,抗生素市場的需求量巨大。據(jù)統(tǒng)計(jì),我國2017年抗菌藥物的使用量為41 967噸,占全球使用量的45%,是最大的獸用抗菌藥物消費(fèi)國[1]。但由于抗生素的不合理使用,導(dǎo)致耐藥菌株的大量產(chǎn)生和耐藥基因的快速傳播,給公共衛(wèi)生安全和畜禽養(yǎng)殖業(yè)健康發(fā)展帶來了極大的挑戰(zhàn)。同時(shí)耐藥菌株也被認(rèn)為是一種新型的環(huán)境污染物,影響著整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)。有研究表明,畜禽是人類耐藥性致病菌的儲(chǔ)庫,人類約有60%的細(xì)菌性疾病源自動(dòng)物病原菌感染,食源性耐藥致病菌會(huì)沿著“養(yǎng)殖動(dòng)物-環(huán)境-食品-人群”鏈條傳播[2]。黏菌素曾經(jīng)廣泛應(yīng)用于臨床,但由于藥物嚴(yán)重的腎毒性等副作用,黏菌素已不再作為一線治療藥物,只作為多重耐藥感染(如產(chǎn)生碳青霉烯酶的腸桿菌科)的最后防線藥物使用。以往的研究發(fā)現(xiàn)黏菌素的耐藥機(jī)制由染色體介導(dǎo),并不會(huì)在細(xì)菌間廣泛傳播,而2015年我國研究人員發(fā)現(xiàn)了位于質(zhì)粒上的黏菌素抗性基因mcr-1(mediated colistin resistance,mcr),這種抗性基因能夠在菌種間水平傳播,引起了各國學(xué)者的廣泛關(guān)注[3]。該類耐藥細(xì)菌和其他耐藥基因尤其是碳青霉烯類耐藥基因(blaNDM、blaKPC等)共存形成名副其實(shí)的“超級細(xì)菌”[4],極大地威脅了人類的生命健康。隨后,農(nóng)業(yè)部開始限制黏菌素在養(yǎng)殖業(yè)的使用,并于2017年禁止將其作為飼料添加劑。mcr-1的發(fā)現(xiàn)與流行,使人們重新審視黏菌素的耐藥機(jī)制,也對抗生素的使用更加謹(jǐn)慎。本文闡述了mcr-1的流行情況及mcr基因產(chǎn)生耐藥性生化機(jī)制,為mcr-1耐藥性研究提供前期基礎(chǔ)材料。

1 mcr-1基因的發(fā)現(xiàn)

2015年之前的研究認(rèn)為,黏菌素的耐藥機(jī)制主要由染色體上的phoPQ和pmrAB雙組分調(diào)控系統(tǒng)介導(dǎo)。雙組分調(diào)控系統(tǒng)主要通過4-氨基-4-脫氧-L-阿拉伯糖(L-Ara4N)和/或磷酸乙醇胺(pEtN)對脂多糖(LPS)進(jìn)行修飾,使細(xì)胞外膜電位上升以減少陽離子多肽與抗生素的結(jié)合位點(diǎn),從而降低黏菌素對細(xì)菌的親和力,使細(xì)菌在抗生素壓力下更好的定植和生長[5]。隨著2009年超級耐藥基因NDM(New Delhi Metallo-beta-lactamase,NDM)的發(fā)現(xiàn),導(dǎo)致CRE幾乎無藥可用,人們不得不重新使用(如產(chǎn)生碳青霉烯酶的腸桿菌科)“最后一道藥物防線”之一的黏菌素進(jìn)行多重耐藥感染的治療,因此黏菌素備受關(guān)注。然而,2015年底出現(xiàn)的質(zhì)粒介導(dǎo)的黏菌素抗性基因(mcr)已經(jīng)嚴(yán)重威脅到了黏菌素的臨床有效性,該基因的發(fā)現(xiàn)打破了黏菌素的耐藥機(jī)制只有染色體攜帶的觀點(diǎn),引起了全世界的廣泛關(guān)注,細(xì)菌對黏菌素耐藥的現(xiàn)狀也亟需被重新評估。劉健華和沈建忠團(tuán)隊(duì)首次從豬源大腸桿菌中分離到由質(zhì)粒介導(dǎo)的可移動(dòng)黏菌素耐藥基因mcr-1,該基因全長1 626 bp,位于IncI2型質(zhì)粒上,其上游含有插入序列ISApl1[3](Insertion Sequence,IS)。該研究表明mcr-1耐藥基因不僅能通過水平轉(zhuǎn)移方式傳遞到受體大腸桿菌C600(EC600)中,還能在傳代14 d后穩(wěn)定存在[3]。隨后,世界各地相繼在動(dòng)物、人、食品以及環(huán)境中均檢測到了mcr-1基因,之后又相繼報(bào)道了9種mcr基因的亞型。為了遏制mcr耐藥基因的快速蔓延,我國已于2017年5月1號(hào)禁止將黏菌素用于養(yǎng)殖業(yè)的促生長飼料添加劑。

2 mcr-1基因介導(dǎo)的耐藥機(jī)制

劉健華團(tuán)隊(duì)對畜禽源大腸桿菌耐藥性進(jìn)行檢測時(shí)發(fā)現(xiàn)黏菌素耐藥性持續(xù)上升,并發(fā)現(xiàn)質(zhì)粒介導(dǎo)的黏菌素耐藥基因mcr-1的存在。該基因所編碼的磷酸乙醇胺轉(zhuǎn)移酶(phosphoethanolamine transferase,PEA)通過修飾脂質(zhì)A使細(xì)胞外膜負(fù)電荷減少,降低了細(xì)菌對黏菌素的敏感性[3]。mcr-1基因全長1 626 bp,編碼541個(gè)氨基酸即為MCR-1蛋白,經(jīng)過序列比對分析發(fā)現(xiàn)與PEA具有較高的同源性,并具有PEA活性,屬于YhjW/YjdB/YijP超家族[3,6]。實(shí)驗(yàn)研究表明,MCR-1蛋白N-端含有5個(gè)跨膜的α螺旋結(jié)構(gòu)和C-端的催化區(qū)結(jié)構(gòu),在天然條件下,MCR-1蛋白C-端存在一個(gè)活性口袋,包含兩個(gè)鋅離子和水分子配位的未磷酸化的親核殘基Thr285,且催化區(qū)的5個(gè)殘基E26、T285、H395、D465和H466可能與底物結(jié)合活性有關(guān)?？缒そY(jié)構(gòu)能夠?qū)CR-1錨定在細(xì)胞膜的周質(zhì)面,在周質(zhì)中將磷酸乙醇胺添加至脂質(zhì)A,使細(xì)胞外膜的負(fù)電荷減少,引起細(xì)菌對黏菌素產(chǎn)生抗性[6-8]。mcr-1基因位于質(zhì)粒上,可在細(xì)菌之間進(jìn)行水平基因轉(zhuǎn)移,使細(xì)菌能夠快速捕獲外源性耐藥基因,進(jìn)而對黏菌素產(chǎn)生耐藥性。迄今為止,mcr基因家族成員已擴(kuò)充到10個(gè),其中mcr-1的傳播最廣,且突變率極高。在抗生素選擇性壓力下,mcr基因也在不斷進(jìn)化,使其具有豐富的遺傳多樣性,且對多種菌株具有良好的適應(yīng)性,造成其廣泛的傳播和流行。

3 mcr-1基因的流行

中國曾是黏菌素生產(chǎn)和使用最多的國家之一,而黏菌素的大量使用使細(xì)菌在高強(qiáng)度選擇性壓力下不斷進(jìn)化,最終獲得具有黏菌素抗性的mcr-1基因,并在此基礎(chǔ)上產(chǎn)生多種變體,加速了mcr-1基因在細(xì)菌間水平傳播。

3.1mcr-1基因在動(dòng)物-環(huán)境-人群中的流行 自mcr-1基因在我國被首次報(bào)道后,多個(gè)國家相繼在人群和動(dòng)物以及環(huán)境中檢測出mcr-1基因。在使用黏菌素的國家中,食品動(dòng)物的mcr檢出率往往呈現(xiàn)一種廣泛的流行,mcr-1陽性分離株最早可追溯到上世紀(jì)80年代[9],并在2009年大規(guī)模增長[10]。隨著黏菌素在畜禽中的大量使用,mcr-1基因或許早已出現(xiàn),并于十幾年前小規(guī)模爆發(fā),較高的檢出率表明食品動(dòng)物可作為耐藥基因儲(chǔ)存庫,同時(shí)在抗生素的選擇性壓力下耐藥菌株不斷增強(qiáng)自身的適應(yīng)性與抗性基因的水平轉(zhuǎn)移。尤其是mcr-1基因插入到其他耐藥基因的質(zhì)粒上,不僅加劇了細(xì)菌的耐藥現(xiàn)象,也導(dǎo)致了抗生素治療的選擇壓力。

環(huán)境由于其不可控等因素為耐藥基因的轉(zhuǎn)移傳播提供了良好的條件,隨著研究人員對mcr-1基因研究的深入,該基因不斷在各種環(huán)境樣品中檢出[11-12],尤其是在人類賴以生存的水資源中。研究人員從醫(yī)院污水、處理后的污水、河流和湖泊、甚至在人類飲用水中均分離出mcr-1陽性大腸桿菌[13-16],部分菌株甚至同時(shí)攜帶多種耐碳青霉烯類基因,這無疑會(huì)進(jìn)一步加重耐藥基因的傳播?？剐曰螂S著水介質(zhì)的流動(dòng)性進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳播,最終可能成為人類的飲用水,而一般的處理技術(shù)并不能消除飲用水中的耐藥基因。環(huán)境是耐藥細(xì)菌和耐藥基因的一個(gè)重要傳播途徑,給人類和各種動(dòng)物體內(nèi)耐藥基因的流行和傳播造成一定的風(fēng)險(xiǎn),因此控制環(huán)境中耐藥基因的傳播是減少耐藥菌株陽性率的重要一環(huán)。

在人群mcr-1的流行病學(xué)調(diào)查中,多項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)大腸桿菌的mcr-1陽性攜帶率均遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他腸桿菌科細(xì)菌,表明大腸桿菌可能是mcr-1陽性菌株的主要宿主[17-18]。大腸桿菌的陽性率較高可能是其作為一種常見細(xì)菌,廣泛分布于各種環(huán)境中,而黏菌素的大量使用導(dǎo)致養(yǎng)殖動(dòng)物不斷對黏菌素耐藥基因進(jìn)行選擇,使耐藥菌株和抗性基因在不同環(huán)境中交叉?zhèn)鞑?與其他健康人群相比,暴露于mcr-1陽性動(dòng)物的人群表現(xiàn)出較大的mcr-1基因的定植風(fēng)險(xiǎn)[19]。mcr-1陽性菌株在健康人群中的流行與畜禽和水產(chǎn)養(yǎng)殖、肉類年總消費(fèi)量以及水產(chǎn)品的日攝入量有關(guān)[20],而在院內(nèi)的流行則與男性、免疫抑制或在過去3個(gè)月內(nèi)接受過抗生素(尤其是碳青霉烯類和氟喹諾酮類藥物)治療等因素有關(guān)[17]。曾報(bào)道寵物主與寵物狗體內(nèi)攜帶相同ST型的mcr-1陽性大腸桿菌,且攜帶相同的其他耐藥基因,表明產(chǎn)生mcr-1的菌株極有可能在人類和寵物之間傳播[21]?？傮w來說,人群中mcr-1基因的流行率低于動(dòng)物源性,但隨著mcr-1基因不斷在人群中檢出,mcr-1基因可能在未知的環(huán)境壓力下不斷進(jìn)化,仍需要加強(qiáng)該基因的流行病學(xué)調(diào)查和監(jiān)控。

mcr-1基因呈現(xiàn)多樣的復(fù)雜性,其分布范圍不僅涉及到人源(健康人群和感染患者)、動(dòng)物源(食用動(dòng)物、伴侶動(dòng)物和野生動(dòng)物),還涉及到食品源(蔬菜類、海產(chǎn)品和肉類)和環(huán)境(廢水、井水、河流湖泊、飲用水和海水)中,可能會(huì)形成廣泛的傳播和流行。

3.2mcr-1基因在國際中的流行傳播 抗生素抗性基因不受生態(tài)、地理位置和政治邊界的限制,可以通過各種媒介如動(dòng)物、食品、水源甚至人類等,在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳播,甚至洲際傳播。研究人員在遷徙性鳥類分離出mcr-1陽性大腸桿菌,部分序列型分離物先前已在人類血流感染中發(fā)現(xiàn)[22-23],可見野生遷徙鳥類在一定程度上介導(dǎo)了耐藥基因的環(huán)境遷移。mcr-1基因不斷在無抗生素壓力的野生動(dòng)物身上檢出,可能是這些野生動(dòng)物在遷徙過程中接觸到mcr-1基因污染的環(huán)境或食用攜帶該基因的食物,導(dǎo)致mcr-1基因通過環(huán)境-候鳥-環(huán)境這一循環(huán)途徑呈現(xiàn)全球性傳播。部分野生鳥類可能會(huì)以淡水魚或海水魚為食,而畜禽養(yǎng)殖業(yè)和淡水養(yǎng)殖業(yè)對水環(huán)境中黏菌素耐藥性的產(chǎn)生和傳播起到了至關(guān)重要的作用,尤其是水禽和淡水魚蝦混養(yǎng)模式,當(dāng)水禽通過將含有mcr-1基因的糞便排進(jìn)水體時(shí),可能會(huì)導(dǎo)致水體污染以及水生生物感染耐藥基因,長期存在時(shí)則極有可能加快了耐藥細(xì)菌進(jìn)化和抗性基因傳播的速度[24]。

在科技高度發(fā)展的今天,世界日益成為一個(gè)聯(lián)系緊密的整體,食品貿(mào)易越來越便利,人類跨國出行也越來越普遍,mcr-1基因可能通過這一途徑進(jìn)行遠(yuǎn)距離水平傳播。從進(jìn)口的雞肉樣品中檢測到高流行性ST131型mcr-1陽性大腸桿菌,此序列類型曾在患病者體內(nèi)被報(bào)道,可能是mcr-1基因傳播及擴(kuò)散的重要ST型[25]。除了食品貿(mào)易使mcr-1基因快速傳播,人口流動(dòng)亦是一種跨國傳播途徑。有研究者對1 847名荷蘭旅行者進(jìn)行了一項(xiàng)回溯性研究,在這些旅行者返回荷蘭后1～2周內(nèi)采集的樣本中分離出mcr-1陽性大腸桿菌,而旅行之前的樣本中并未檢出,在旅行期間也并未接受過醫(yī)療服務(wù)或使用抗菌藥物[26]。

海水是海洋生物生活的媒介,也是各種水系的最終受體,當(dāng)海水受到抗性基因的污染時(shí),便可作為傳播抗生素抗性基因的儲(chǔ)存庫。Jorgensen等[27]從挪威的一個(gè)公共海灘的海水中分離出攜帶mcr-1的ST10型大腸桿菌,同樣也有學(xué)者從巴西的公共海灘分離出ST10型的mcr-1陽性大腸桿菌[28]。除了在海水中發(fā)現(xiàn)mcr-1基因,研究人員也在海產(chǎn)品中發(fā)現(xiàn)mcr-1基因,從而能夠使該基因在較短時(shí)間內(nèi)通過食品貿(mào)易全球性傳播[29]。此外,魚類作為一種重要的海洋生物,可以從海水中攝取攜帶抗性基因的細(xì)菌,以海水魚為食的野生鳥類可能因食用攜帶該耐藥基因的魚類從而被感染,尤其是野生遷徙性鳥類在增大mcr-1耐藥基因分布范圍的同時(shí),也使mcr-1耐藥基因的環(huán)境更加復(fù)雜。

以質(zhì)粒介導(dǎo)的耐藥基因具有強(qiáng)大的水平傳播能力,可以在人、動(dòng)物、環(huán)境中進(jìn)行二次或多次傳播,即從動(dòng)物向環(huán)境的傳播—包括土壤、水源等的傳播,動(dòng)物向人的傳播-養(yǎng)殖人員、非養(yǎng)殖人員,動(dòng)物產(chǎn)品(肉、奶)向人的傳播,形成“體內(nèi)-體外-體內(nèi)”循環(huán)污染路徑,最終造成耐藥污染的潛在巨大風(fēng)險(xiǎn)。在我國畜禽養(yǎng)殖規(guī)模和從業(yè)人員規(guī)模迅速擴(kuò)大、產(chǎn)品消費(fèi)流通加速的大背景下,在黏菌素普遍產(chǎn)生耐藥性和新型抗菌藥物開發(fā)緩慢的大環(huán)境下,如何有效應(yīng)對細(xì)菌耐藥性仍是一個(gè)巨大挑戰(zhàn)。

4 mcr-1基因的傳播機(jī)制

4.1 質(zhì)粒介導(dǎo)的傳播 質(zhì)粒是一種獨(dú)立于染色體之外能夠自我復(fù)制的DNA遺傳元件,編碼細(xì)菌生長的非必須基因,可分為骨架區(qū)和外源插入?yún)^(qū),后者可攜帶利于細(xì)菌生長的轉(zhuǎn)座子、整合子等移動(dòng)元件[30]。同樣位于外源插入?yún)^(qū)的mcr-1基因在具有黏菌素抗性的腸桿菌科的水平傳播中起著重要作用,而攜帶mcr-1基因的相關(guān)質(zhì)粒是快速傳播的關(guān)鍵。質(zhì)粒主要以接合的方式在細(xì)菌間轉(zhuǎn)移,其水平傳播的能力取決于多種因素,包括質(zhì)粒自身的宿主范圍、接合頻率、與轉(zhuǎn)移相關(guān)的tra操縱子及其他相關(guān)基因。

目前為止,已發(fā)現(xiàn)10余種攜帶mcr-1基因的質(zhì)粒,包括IncI2、IncHI2、IncP、IncX4、IncY、IncF、IncFI、IncFII、IncFIB、IncI1、IncHI1、IncN和IncK等,其中IncI2、IncX4和IncHI2為主要流行的質(zhì)粒型[31]。除此之外,也有研究報(bào)道m(xù)cr-1基因定位于IncX3-IncX4和IncI2-IncFIB等雜合質(zhì)粒[32-33]。IncI2和IncX4為窄宿主質(zhì)粒,通常只見于大腸桿菌,IncX4質(zhì)粒能夠以較高頻率(10-1～10-4)在細(xì)菌間發(fā)生接合轉(zhuǎn)移[34-35];IncHI2擁有多個(gè)復(fù)制子結(jié)構(gòu),極有可能會(huì)增加宿主范圍,此外,其接合轉(zhuǎn)移最佳溫度為22 ℃～30 ℃,并擁有兩套接合轉(zhuǎn)移系統(tǒng),這種獨(dú)特的溫敏型轉(zhuǎn)移機(jī)制使其有利于在環(huán)境中傳播[36]。IncI2和IncX4質(zhì)粒(<100 kp)基因環(huán)境較為保守,通常僅編碼mcr-1,且多數(shù)分離株mcr-1上下游失去插入序列ISApl1;IncHI2質(zhì)粒(177～340 kb)基因環(huán)境呈現(xiàn)多樣性,通常含有可變區(qū)且攜帶其他抗性基因,多數(shù)分離株mcr-1上下游含有插入序列[37-39]。

4.2 移動(dòng)元件介導(dǎo)的傳播 轉(zhuǎn)座子是一段能夠獨(dú)立移動(dòng)的DNA序列,由編碼抗生素耐藥基因或其他功能的中心區(qū)域和上下游的插入序列組成,造成細(xì)菌耐藥性的多樣化[40],如與黏菌素耐藥相關(guān)的插入序列ISApl1和轉(zhuǎn)座子Tn6330等。插入序列是最簡單的轉(zhuǎn)座子,自身不攜帶耐藥基因,一般僅攜帶一個(gè)編碼轉(zhuǎn)座酶的tnp基因,其上下游含有反向重復(fù)序列IRL(Inverted Repeats of Left)和IRR(Inverted Repeats of Right),IRL和IRR是插入序列進(jìn)行轉(zhuǎn)座時(shí)轉(zhuǎn)座酶特異性識(shí)別的位點(diǎn)[41]。mcr-1的上游常常出現(xiàn)插入序列ISApl1,被認(rèn)為與mcr-1的水平傳播有著密切的聯(lián)系,該基因下游通常存在一個(gè)假設(shè)蛋白(hypothetical protein,hp),該假設(shè)蛋白與編碼磷酸酯酶的PAP2超家族有較高的同源性,研究表明該蛋白對黏菌素的耐藥性無影響,可能與mcr-1基因從原始遺傳背景共同移動(dòng)[42-43]。

ISApl1屬于IS30家族,其上游的IRL可以識(shí)別IRR并與mcr-1共同形成環(huán)狀中間體插入到質(zhì)?；蛘呷旧w上,同時(shí)在插入位點(diǎn)產(chǎn)生2～3 bp的重復(fù)序列[44]。Li等[38]通過反向PCR證實(shí)結(jié)構(gòu)單元ISApl1-mcr-1-pap2-ISApl1能夠形成環(huán)狀中間體,并將此復(fù)合轉(zhuǎn)座子命名為Tn6330。mcr-1基因的水平轉(zhuǎn)移可由其攜帶ISApl1元件的轉(zhuǎn)座子表達(dá),轉(zhuǎn)座子在失去上下游兩個(gè)ISApl1元件后無轉(zhuǎn)移能力,從而穩(wěn)定存在于質(zhì)粒或者染色體中,雖一個(gè)拷貝也能保持一定的轉(zhuǎn)移能力,但上游的拷貝在功能上更重要[45]。Wang RB等[45]比較人類(n=108)和動(dòng)物源(n=252)耐黏菌素的分離株,發(fā)現(xiàn)在動(dòng)物源分離株的上游和下游都有明顯更多的ISApl1插入序列,說明動(dòng)物源分離株中的mcr-1基因更容易水平傳播。除了ISApl1外,mcr-1的上下游也出現(xiàn)了其他插入序列,比如IS26、IS2和IS1294等。ISApl1元件與IncHI2型質(zhì)粒的轉(zhuǎn)移密切相關(guān),而IS26元件與IncX4型質(zhì)粒密切相關(guān)[39]。插入序列IS26能夠通過啟動(dòng)子的-35區(qū)域偶聯(lián)-10區(qū)域形成強(qiáng)啟動(dòng)子,從而促進(jìn)耐藥基因的高效表達(dá)[46]。研究表明IncX3和IncX4型雜合質(zhì)粒形成共整合體之前均含有IS26插入序列,而兩種質(zhì)粒重組連接點(diǎn)為轉(zhuǎn)座酶介導(dǎo)的IS26和oriT的nic位點(diǎn)[32]。轉(zhuǎn)座酶Tnp26通過兩個(gè)已經(jīng)存在的IS26之間的保守反應(yīng)催化共整體的形成,當(dāng)目標(biāo)質(zhì)粒含有IS26時(shí),共整體形成的頻率比不攜帶IS26高出60倍[46-47]。mcr-1仍然可以與其他含有相同插入序列的質(zhì)粒重組,形成更復(fù)雜的雜合質(zhì)粒并產(chǎn)生黏菌素抗性。

5 mcr-1基因的適應(yīng)性

細(xì)菌的適應(yīng)性一般是指細(xì)菌在不利環(huán)境中通過調(diào)節(jié)自身代謝來維持生存與繁殖所產(chǎn)生的代價(jià),即在無抗生素壓力時(shí),耐藥菌株相比較敏感菌株通常會(huì)出現(xiàn)生長速率、競爭能力或毒力降低[48]。目前,研究人員已經(jīng)從宿主類型、質(zhì)粒類型、體內(nèi)與體外、染色體與質(zhì)粒、耐藥水平等多個(gè)維度進(jìn)行mcr-1陽性菌株的適應(yīng)性研究[49-54],雖然研究的結(jié)果不盡相同,但普遍認(rèn)為mcr-1所產(chǎn)生的適應(yīng)性成本可能與宿主和質(zhì)粒類型有較大關(guān)聯(lián),而質(zhì)粒中的某些基因可以補(bǔ)償這種適應(yīng)性成本。

由于染色體介導(dǎo)的耐藥性不易在菌株間水平傳播,還會(huì)帶來較高的適應(yīng)性成本[49],故而mcr-1基因通常由質(zhì)粒進(jìn)行傳播。在攜帶mcr-1基因的主要質(zhì)粒中,IncI2質(zhì)粒對宿主的適應(yīng)性能力強(qiáng)于IncX4質(zhì)粒,IncX4質(zhì)粒強(qiáng)于IncHI2質(zhì)粒,進(jìn)一步解釋了mcr-1位于IncI2和IncX4質(zhì)粒多于IncHI2質(zhì)粒[52]。IncI2可編碼的ProQ/FinO家族蛋白,通過抑制質(zhì)?？截悢?shù)來平衡mcr-1基因在宿主內(nèi)的表達(dá)和適應(yīng)性[55]。IncX4屬于自轉(zhuǎn)移質(zhì)粒,其轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)基因pixR通過與轉(zhuǎn)移操縱子的啟動(dòng)子結(jié)合并激活核心轉(zhuǎn)移基因,不僅增加了IncX4質(zhì)粒的轉(zhuǎn)移能力,同時(shí)降低了攜帶mcr-1基因所產(chǎn)生的適應(yīng)性成本[56]。此外,IncX4質(zhì)粒的組蛋白樣核結(jié)構(gòu)蛋白H-NS,通過控制接合過程中的能量來提高質(zhì)粒的適應(yīng)性[57]。而攜帶mcr-1的IncHI2質(zhì)粒最初產(chǎn)生了適應(yīng)性成本,但在長期培養(yǎng)后,適應(yīng)性成本在很大程度上得到了補(bǔ)償[58]。

臨床上mcr-1陽性分離株以低水平表達(dá)為主,高水平表達(dá)菌株往往會(huì)出現(xiàn)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)損壞使細(xì)菌代謝失衡,從而在生長速度、競爭能力和細(xì)胞結(jié)構(gòu)等方面表現(xiàn)出適應(yīng)性代價(jià),可見細(xì)菌能夠巧妙地平衡mcr-1介導(dǎo)的耐藥性與適應(yīng)性成本之間的關(guān)系[51,53-54]。mcr-1在宿主中的表達(dá)受到了精確的調(diào)控,可能與菌株的基因組背景有關(guān)。

6 結(jié) 語

mcr-1基因是世界上首個(gè)發(fā)現(xiàn)由質(zhì)粒介導(dǎo)的黏菌素耐藥基因,禁止黏菌素用于畜禽養(yǎng)殖業(yè)只是防控細(xì)菌耐藥的必然一步,現(xiàn)有的研究對mcr-1的結(jié)構(gòu)及其變異體、流行現(xiàn)狀、耐藥機(jī)制等多個(gè)方面進(jìn)行了探索,仍然還有很多問題需要人們?nèi)ソ鉀Q。為了控制黏菌素耐藥基因的蔓延,關(guān)于mcr耐藥基因的研究已廣泛展開,通過逆轉(zhuǎn)黏菌素耐藥性[59]、CRISPR/Cas9基因敲除[60]、消除耐藥質(zhì)粒[61]等研究希望恢復(fù)細(xì)菌對抗生素的敏感性。針對臨床感染患者病例可采用聯(lián)合用藥并通過PK-PD(藥動(dòng)/藥效學(xué))模型,優(yōu)化臨床給藥方案以減少黏菌素的使用。我國動(dòng)物源耐藥性十分嚴(yán)重,黏菌素耐藥基因的出現(xiàn)只是冰山一角,因此,已于2017年建立動(dòng)物源細(xì)菌耐藥性檢測網(wǎng)絡(luò),以評估耐藥性風(fēng)險(xiǎn)及防控策略。為了應(yīng)對細(xì)菌耐藥性的產(chǎn)生,因此急需研發(fā)新藥及升級耐藥性防控技術(shù),包括開發(fā)新型抗菌藥物(發(fā)現(xiàn)新的抗菌機(jī)制和靶點(diǎn)等)、升級現(xiàn)有抗菌藥物(聯(lián)合用藥及改造抗菌藥物結(jié)構(gòu)等)和尋找抗菌藥替代物(中草藥、噬菌體等)等。耐藥菌和耐藥基因可通過食物鏈傳遞至人類,如何減少抗菌藥物的使用,從源頭切斷耐藥菌和耐藥基因的傳遞鏈,也是遏制細(xì)菌耐藥基因傳播的重要策略。

利益沖突：無