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目的:
MFS类外排泵不但是临床重要细菌(尤其是非发酵菌)耐药性形成的重要因素,而且常常通过可移动因子在不同种属菌株间进行水平转移,形成耐药性播散,因此,开展MFS类外排泵的多样性和多态性及其在不同种属菌株的分布、外排泵耐药基因结构与功能关系、演变规律和分子进化的研究具有特别重要的意义。本文研究结果对于指导临床合理用药、病原菌耐药性基因诊断试剂盒及新型抗生素的研发以及防止耐药性播散,都具有重要的参考价值。
方法:
1.本课题从温州医学院附属第一医院临床得到革兰氏阴性菌作为本实验菌株来源,共六个样本,其中鲍曼不动杆菌238株,肺炎克雷伯菌240株,大肠埃希菌200株,铜绿假单胞菌239株,沙门氏菌201株,阴沟肠杆菌238株。每株细菌经单独培养后,同种细菌混合后采用SDS法提取混合细菌基因组DNA,将基因组DNA送交中科院北京基因组研究所进行solexa测序。
2.将六个样本测序所得到的短序列通过一系列的生物信息学工具,与从NCBI的GenBank数据库和ARDB中收集到的MFS外排泵耐药基因参考序列进行比对分析,找出样本里所包含的MFS外排泵耐药基因类型及丰度的差异。同时为进一步实验验证这一方法的正确性提供参考。
3.选取其中的floR基因为代表,设计特异性引物,PCR扩增并克隆测序,分析基因floR的多态性;取不同基因型克隆进行MIC实验,验证基因的结构与耐药性功能的关系。
结果:
1.鲍曼不动杆菌中的测序结果产生solexa reads总数为377,056,430,其中可以定位到收集到的MFS耐药基因参照序列上的reads约占0.21%。肺炎克雷伯菌中的测序结果产生solexa reads总数为182,032,468,可以定位到收集到的MFS参照序列上的reads约占0.52%。大肠埃希菌中的测序结果产生solexa reads总数为200,565,354,其中可以定位到收集到的MFS耐药基因参照序列上的reads约占0.61%。铜绿假单胞菌中的测序结果产生solexa reads总数为140,478,390,其中可以定位到收集到的MFS耐药基因参照序列上的reads约占0.20%。沙门氏菌中的测序结果产生solexa reads总数为132,858,534,其中可以定位到收集到的MFS耐药基因参照序列上的reads约占0.51%。阴沟肠杆菌中的测序结果产生solexa reads总数为294,298,898,其中可以定位到收集到的MFS耐药基因参照序列上的reads约占0.50%。
2.六个样本的肠杆菌基因组中含有数量可观的MFS外排泵耐药基因,包括氯霉素类、四环素类、林可霉素类、诺氟沙星类、甲基紫类、阿拉伯糖类、多耐药类等共计17种MFS外排泵耐药基因型及11种转运蛋白。
3.floR, cmlA, tetA, emrB, emrD, emrK,emrY,yieO,yebQ这9个基因型是六个临床细菌样本中最为流行的MFS外排泵耐药基因型。
4.将六个样本中floR基因的克隆测序结果经信息处理提取ORF后共发现339个位点存在多态现象,聚类分析所有floR基因可分为Cluster1和Cluster2,两者序列同源性在81%左右,其中Cluster1中161个,Cluster2中15个。另外还有三条序列与这两类均有一定的相关性,但不能明确归类。
5.SNPs位点分析中,Cluster1发现53个同义突变(Ks),103个非同义突变(Ka),5个无义突变。Cluster2中5个同义突变,10个非同义突变。
6.选取97个不同基因型克隆进行药物敏感性测定,结果显示绝大多数携带floR基因的克隆菌株对氯霉素的MIC值范围为8-512ug/ml,60%以上菌株的MIC值大于或等于256ug/ml,而对照株PUC18的MIC值只有16ug/ml。结果说明不同结构floR基因对氯霉素的外排能力有明显的不同。
结论:
1.从方法学角度来说,新一代高通量测序技术非常适合用来分析多重耐药细菌基因组的耐药基因分布和遗传变异规律。新一代测序技术具有足够高的测序深度,从而使得它能确保很高的测序灵敏度。
2.从MFS耐药性基因型的检出与构成情况而言,肺炎克雷伯菌中MFS外排泵耐药基因型最多。
3.SNPs位点分析中,Ka/Ks>1,可能是由于细菌再进化的过程中,受到了选择的压力。目前已经确定的这些非同义替换SNPs位点可以作为以后实验深入研究的靶点。