猪肉源松鼠葡萄球菌的苯唑西林诱导型耐药机制研究

来源 :西北农林科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:beryl1830
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松鼠葡萄球菌作为机会性致病菌能造成多种感染和疾病,并且近年来在家畜生产全过程以及临床的检出率逐渐上升。抗生素在畜牧业中的不合理使用,造成的抗生素筛选压力刺激诱导松鼠葡萄球菌抗生素耐药性产生和扩散,使得家畜细菌感染难以治愈,影响畜牧产品质量。并因此,阐明畜牧源松鼠葡萄球菌的抗生素耐药性的产生,并通过分子生物学和基因组学方法揭示其遗传机制,对于促进畜牧业发展具有积极意义。绝大多数松鼠葡萄球菌含有mecA1,是mecA的进化起源,但依然存在对β-内酰胺敏感的mecA1阳性的松鼠葡萄球菌(OS-MRSS,oxacillin-susceptible mecA1-positive S.sciuri)。已知具有mecA的甲氧西林敏感金黄色葡萄球菌可以被抗生素诱导产生甲氧西林耐药性,但对于OS-MRSS的抗生素诱导耐药性现在仍缺乏研究。因此,明确OS-MRSS诱导的β-内酰胺类抗生素耐药性对于研究松鼠葡萄球菌的耐药性产生以及有效的抗生素治疗具有一定意义。主要试验结果如下:(1)为了调查商品猪肉中致病菌的分布情况,本研究从29份零售猪肉样品分离鉴定了分离鉴定得到52株致病菌,其中75%(39株)为葡萄球菌,25%(13株)为粪肠球菌。在39株葡萄球菌中,有27株金黄色葡萄球菌(其中4株MRSA)、5株松鼠葡萄球菌、5株腐生葡萄球菌和2株巴氏葡萄球菌。金黄色葡萄球菌(85.2%)和粪肠球菌(84.6%)。(2)本研究筛选出三株mecA1阳性松鼠葡萄球菌,均对苯唑西林敏感,是OS-MRSS。经过连续10天用梯度苯唑西林持续诱导获得了对苯唑西林高耐药的诱导耐药松鼠葡萄菌菌株(其最终对苯唑西林的MIC>256μg/m L)。经过PCR和qRT-PCR验证,确定诱导后的诱导耐药菌没有调控mecA1表达的双组份调控系统,诱导后mecA1的拷贝数和表达量也未发生显著变化。经过mecA1异源表达试验,证明金黄色葡萄球菌Newman-mecA1和RN4220-mecA1均对苯唑西林敏感。本研究认为松鼠葡萄球菌β-内酰胺诱导性抗性的产生不是由mecA1造成的。(3)为了进一步探究mecA1阳性的松鼠葡萄球菌β-内酰胺类抗生素产生诱导性耐药性的原因,本研究通过多种分子和组学方法进一步研究其作用机制。对松鼠葡萄球菌NWAF26和诱导耐药菌NWAF26R进行了全基因组测序和对比分析。研究发现松鼠葡萄球菌β-内酰胺诱导性抗性的产生不是由mecA1或其他任意基因突变引起的。本研究对野生菌NWAF26和诱导耐药菌NWAF26R进行转录组对比分析。本研究发现NWAF26R中参与戊糖磷酸途径的四个基因的表达上调幅度平均为4.5倍。此外,MalX(EIIC)和将6-磷酸麦芽糖代谢为6-磷酸葡萄糖的关键酶GlvA的表达分别上调11.2倍和13.3倍,可增加戊糖磷酸途径的碳源供应。这些代谢途径的上调可有效增加5-磷酸核酮糖的产生。在TarJ(上调1.9倍)和TarI(上调1.8倍)的作用下,5-磷酸核酮糖被转化为CDP-核糖醇,并被TarL用来合成新的壁磷壁酸。新生的WTA通过TagGH被转移到细胞膜外表面(上调4.9倍和3.4倍),最终导致细胞壁中WTA的增加。另一项分析显示,介导脂磷壁酸合成的关键因子ltaS也上调2.6倍。肽聚糖水解酶LrgA的表达下调了101.4倍。上述途径的改变会促进细胞外磷壁酸的增加,进而导致细菌细胞壁厚度的增加。基于转录组分析结果,本研究通过透射电子显微镜进一步检测了试验菌株的细胞壁厚度,发现诱导耐药菌的细胞壁极大增厚,其中NWAF26R平均厚度为60.0 nm,反向诱导菌NWAF26R-R10为47.2 nm,分别为野生菌NWAF26的2.2倍和1.7倍。基于以上分析,诱导耐药菌的细胞壁极大增厚,应该是细菌对β-内酰胺类抗生素产生耐药性的主因。(5)另外,诱导后菌株表现出生长速度滞后,细胞内锌、铁离子浓度变化,黏附能力下降,生物被膜厚度降低等表型。根据转录组学分析,本研究认为这些表型是通过改变细菌生长供能相关通路,金属离子转运泵,细菌胞外粘附因子的相关基因表达来实现的。本研究首次发现苯唑西林可诱导松鼠葡萄球菌产生β-内酰胺类抗生素,并且该耐药性在一定时间范围内能稳定遗传。这种诱导耐药性不是由诱导耐药性与mecA1和其他任意基因的突变导致的;这种诱导耐药性可能是由于细菌细胞壁增厚导致;伴随β-内酰胺抗生素诱导性耐药的产生,诱导耐药菌株同时出现了生长延滞,胞内金属离子浓度变化,黏附能力下降,生物被膜形成能力下降等表型。诱导耐药菌对靶向于细菌其他部位的抗生素产生耐受现象。这些现象在临床微生物实验室的药敏试验中往往被忽视,需要特别注意。故而本研究结果对松鼠葡萄球菌的防控具有良好参考价值。
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