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tet(M)作为核糖体保护机制的代表耐药基因,通常位于染色体的接合性转座子上,也有少数存在于可转移的质粒上。介导tet(M)传播的转座子和质粒非常复杂,并且对其表达和传播扩散起着至关重要的作用,因此逐步探索清楚它的传播机制意义十分重大。目前,tet(M)基因在革兰阳性菌中主要与Tn916、Tn5801等家族的转座子相连,其流行特点和分子传播机制有较为详细的研究,而在革兰阴性菌中的传播机制鲜有报道。本研究分析tet(M)在猪源、禽源的大肠杆菌、沙门菌中的分布特点,比较携带tet(M)不同种属的不同菌株中转座子及质粒的分子特点,对其作用机制和具体传播机制进行深入研究,为临床上耐药性的防控和新兽药的研发提供参考。
1.从1134株猪源和鸡源的大肠杆菌和沙门菌中,共检测到44株tet(M)阳性菌株,检出率为3.9%。对44株tet(M)阳性菌株的耐药表型研究表明:所有菌株对阿莫西林、复方磺胺和土霉素耐药,对氟苯尼考和多西环素耐药率高达78%和82%,对阿米卡星耐药率最低为7%,且大多为多重耐药菌株。耐药基因检测结果显示,四环素类耐药基因除tet(M)基因外,tet(A)、tet(B)和tet(D)检出率分别为95.5%、25%和2.3%。介导氟苯尼考耐药的基因floR检出率最高,其次是sul3、oqxB、sull、blaTEM、oqxA、blaOXA-1、mcr-1等,检出率最低的是rmtA和rmtB。
2.对所有tet(M)阳性菌株进行流行病学调查,多位点序列分型结果显示:32株tet(M)阳性大肠杆菌可以分为23个ST型,其中ST10菌株是流行菌株。14株tet(M)阳性沙门菌可以分为6个ST型,其中9株均为ST34型,说明ST34型在tet(M)阳性沙门菌中流行范围比较广。PFGE分型结果显示,大肠杆菌中有26株菌(83.3%)成功分型,大部分菌株的图谱相似性80%左右,说明携带tet(M)的大肠杆菌具有遗传多样性。14株tet(M)阳性沙门菌全部成功分型,有9株菌(643%)图谱基本一致同源性为97.9%,其余5株菌的图谱相似性较低。
3.对猪源沙门菌S13的染色体、质粒和3个相应的接合子进行全基因组测序,S13含有4个质粒,分别为携带mcr-1、blaCTX-M-5、tet(M)和floR的质粒pS13-1、pS13-2、pS13-3和pS13-4。tet(M)位于一个新的复合型转座子Tn6942(16 493 bp)上,Tn6942还包括IntI1、aadA1、cmlA1、aadA2和dfrA12,两侧是两个方向相同的IS26元件。携带Tn6942的IncFI:A-:B-质粒pS13-3本身不能转移,可通过与可接合的IncN1-F33:A-:B-质粒pS13-2融合为质粒pS13D进而水平传播;pS13-2还可与不可接合的IncX1质粒pS13-4融合成质粒pS13F,IS26和新型转座子Tn6952(TnAS3-IS26-ΔISEcp1-ramA-ΔIS26-ΔTnAS1)分别参与介导了两种分子间的复制转位机制。融合质粒pS13D和pS13F在受体菌中高度稳定且不会给宿主带来适应性代价,其形成和进化可以扩大融合质粒的抗性和宿主谱。
4.通过分析鸡源沙门菌S14菌株中tet(M)的环境及携带tet(M)的质粒pTS14的遗传学和生物学特性,表明tet(M)位于一个新的转座子Tn6709上,其遗传结构为IS26-tnpA1-tnpA2-Δorf13-lp-tet(M)-tnpX-ΔtnpR-IS26。Tn6709和耐药基因tet(B),tet(D),strAB,sul2,blaTEM-1b共同位于一个119kb的IncF2:A1:B1可接合质粒pTS14上。质粒pTS14在受体菌J53中高度稳定且不会给宿主带来适应性代价。在长期饥饿条件下,接合子TS14的存活率高于大肠杆菌J53。因此携带tet(M)的流行IncF2质粒可能通过共选择加速tet(M)和其他基因的共传播,这可能对临床治疗方案构成潜在的严重威胁。
5.在鸭源大肠杆菌ST162分离株中得到含tet(M)的新型转座子Tn6539(IS26-Tn3△tnpA-△orf13-lp-tet(M)-gammadelta-tnpX-△tnpR-IS26),Tn6539与抗性模块orf456-floR-lysR和strA-strB-sul2共同位于可接合的IncHI2质粒pTW4的多重耐药区上。质粒pTW4在无抗生素压力条件下传代7天后,仍能在受体菌J53中保持稳定。而接合子TW4在与受体菌J53的生长竞争过程中,每10代出现6%的竞争劣势。在长期饥饿条件下,携带质粒pTW4的菌株活性较受体菌J53低。因此,质粒pTW4是一种可移动的MDR载体,可以促进以上几种耐药基因在细菌中的传播,但会对菌株产生一定的适应性代价。
6.猪源大肠杆菌A2中可电转的IncR质粒pTA2含有10个耐药基因sul3、tet(M)、qnrS1、bleO、oqxAB、floR、aadA1、cmlA1、aadA2、tet(A)-tetR(A)和22个插入序列。pTA2上有一个携带tet(M)的新的复合型转座子Tn7124(IS26-ctp-lp-tet(M)-hp-IS406 tnp-IntI4-IS26)。转座子Tn7124部分序列与Tn6942一致。在猪源大肠杆菌A7中发现了一个携带tet(M)的片段(IS26-ctp-lp-tet(M)-IS406 tnp-ctp-aadA1-cmlA1-aadA2-dfrA12-IntI1),该片段类似于猪源沙门菌中发现的转座子Tn6942,且与耐药模块ISVsa3-VirD2-floR-lysR和tet(A)-tetR(A)共同位于可电转的IncR质粒pTA7上。IncR质粒pTA7与pTA2质粒骨架相似,仅多重耐药区有部分不同,在宿主中高度稳定且不会给宿主带来任何适应性代价。
7.在猪源大肠杆菌A13中发现了新的携带tet(M)的转座子Tn7125,以及携带转座子Tn7125的IncF2:A6:B20质粒pTA13-1。pTA13-1在宿主中高度稳定且不会给宿主带来任何适应性代价。转座子Tn7125与Tn7124、Tn6942-1ike、Tn6942、都含有tet(M)抗性模块IS26-ctp-lp-tet(M)-hp-IS406tnp,而Tn7125还包含抗性模块qac-aadA1-cmlA1-aadA2-DUF1010-dfrA12和ΔISVSa3-VirD-floR-LysR-ISVSa3。
综上,介导携带tet(M)的转座子非常复杂,可在插入序列的介导下不断地整合其他耐药基因。携带tet(M)的转座子经常位于可转移的质粒上,加速其在大肠杆菌和沙门菌分离株中的传播,对临床治疗方案构成潜在的严重威胁。
1.从1134株猪源和鸡源的大肠杆菌和沙门菌中,共检测到44株tet(M)阳性菌株,检出率为3.9%。对44株tet(M)阳性菌株的耐药表型研究表明:所有菌株对阿莫西林、复方磺胺和土霉素耐药,对氟苯尼考和多西环素耐药率高达78%和82%,对阿米卡星耐药率最低为7%,且大多为多重耐药菌株。耐药基因检测结果显示,四环素类耐药基因除tet(M)基因外,tet(A)、tet(B)和tet(D)检出率分别为95.5%、25%和2.3%。介导氟苯尼考耐药的基因floR检出率最高,其次是sul3、oqxB、sull、blaTEM、oqxA、blaOXA-1、mcr-1等,检出率最低的是rmtA和rmtB。
2.对所有tet(M)阳性菌株进行流行病学调查,多位点序列分型结果显示:32株tet(M)阳性大肠杆菌可以分为23个ST型,其中ST10菌株是流行菌株。14株tet(M)阳性沙门菌可以分为6个ST型,其中9株均为ST34型,说明ST34型在tet(M)阳性沙门菌中流行范围比较广。PFGE分型结果显示,大肠杆菌中有26株菌(83.3%)成功分型,大部分菌株的图谱相似性80%左右,说明携带tet(M)的大肠杆菌具有遗传多样性。14株tet(M)阳性沙门菌全部成功分型,有9株菌(643%)图谱基本一致同源性为97.9%,其余5株菌的图谱相似性较低。
3.对猪源沙门菌S13的染色体、质粒和3个相应的接合子进行全基因组测序,S13含有4个质粒,分别为携带mcr-1、blaCTX-M-5、tet(M)和floR的质粒pS13-1、pS13-2、pS13-3和pS13-4。tet(M)位于一个新的复合型转座子Tn6942(16 493 bp)上,Tn6942还包括IntI1、aadA1、cmlA1、aadA2和dfrA12,两侧是两个方向相同的IS26元件。携带Tn6942的IncFI:A-:B-质粒pS13-3本身不能转移,可通过与可接合的IncN1-F33:A-:B-质粒pS13-2融合为质粒pS13D进而水平传播;pS13-2还可与不可接合的IncX1质粒pS13-4融合成质粒pS13F,IS26和新型转座子Tn6952(TnAS3-IS26-ΔISEcp1-ramA-ΔIS26-ΔTnAS1)分别参与介导了两种分子间的复制转位机制。融合质粒pS13D和pS13F在受体菌中高度稳定且不会给宿主带来适应性代价,其形成和进化可以扩大融合质粒的抗性和宿主谱。
4.通过分析鸡源沙门菌S14菌株中tet(M)的环境及携带tet(M)的质粒pTS14的遗传学和生物学特性,表明tet(M)位于一个新的转座子Tn6709上,其遗传结构为IS26-tnpA1-tnpA2-Δorf13-lp-tet(M)-tnpX-ΔtnpR-IS26。Tn6709和耐药基因tet(B),tet(D),strAB,sul2,blaTEM-1b共同位于一个119kb的IncF2:A1:B1可接合质粒pTS14上。质粒pTS14在受体菌J53中高度稳定且不会给宿主带来适应性代价。在长期饥饿条件下,接合子TS14的存活率高于大肠杆菌J53。因此携带tet(M)的流行IncF2质粒可能通过共选择加速tet(M)和其他基因的共传播,这可能对临床治疗方案构成潜在的严重威胁。
5.在鸭源大肠杆菌ST162分离株中得到含tet(M)的新型转座子Tn6539(IS26-Tn3△tnpA-△orf13-lp-tet(M)-gammadelta-tnpX-△tnpR-IS26),Tn6539与抗性模块orf456-floR-lysR和strA-strB-sul2共同位于可接合的IncHI2质粒pTW4的多重耐药区上。质粒pTW4在无抗生素压力条件下传代7天后,仍能在受体菌J53中保持稳定。而接合子TW4在与受体菌J53的生长竞争过程中,每10代出现6%的竞争劣势。在长期饥饿条件下,携带质粒pTW4的菌株活性较受体菌J53低。因此,质粒pTW4是一种可移动的MDR载体,可以促进以上几种耐药基因在细菌中的传播,但会对菌株产生一定的适应性代价。
6.猪源大肠杆菌A2中可电转的IncR质粒pTA2含有10个耐药基因sul3、tet(M)、qnrS1、bleO、oqxAB、floR、aadA1、cmlA1、aadA2、tet(A)-tetR(A)和22个插入序列。pTA2上有一个携带tet(M)的新的复合型转座子Tn7124(IS26-ctp-lp-tet(M)-hp-IS406 tnp-IntI4-IS26)。转座子Tn7124部分序列与Tn6942一致。在猪源大肠杆菌A7中发现了一个携带tet(M)的片段(IS26-ctp-lp-tet(M)-IS406 tnp-ctp-aadA1-cmlA1-aadA2-dfrA12-IntI1),该片段类似于猪源沙门菌中发现的转座子Tn6942,且与耐药模块ISVsa3-VirD2-floR-lysR和tet(A)-tetR(A)共同位于可电转的IncR质粒pTA7上。IncR质粒pTA7与pTA2质粒骨架相似,仅多重耐药区有部分不同,在宿主中高度稳定且不会给宿主带来任何适应性代价。
7.在猪源大肠杆菌A13中发现了新的携带tet(M)的转座子Tn7125,以及携带转座子Tn7125的IncF2:A6:B20质粒pTA13-1。pTA13-1在宿主中高度稳定且不会给宿主带来任何适应性代价。转座子Tn7125与Tn7124、Tn6942-1ike、Tn6942、都含有tet(M)抗性模块IS26-ctp-lp-tet(M)-hp-IS406tnp,而Tn7125还包含抗性模块qac-aadA1-cmlA1-aadA2-DUF1010-dfrA12和ΔISVSa3-VirD-floR-LysR-ISVSa3。
综上,介导携带tet(M)的转座子非常复杂,可在插入序列的介导下不断地整合其他耐药基因。携带tet(M)的转座子经常位于可转移的质粒上,加速其在大肠杆菌和沙门菌分离株中的传播,对临床治疗方案构成潜在的严重威胁。