动物源大肠杆菌多粘菌素耐药基因mcr--1的流行病学及传播机制研究

摘要

抗菌药物是人类和动物对抗细菌感染最重要的武器，然而由于抗菌药物的大量不合理使用，细菌耐药性问题已成为21世纪全球公共卫生和食品安全最大的威胁之一。在过去的几十年，新型抗菌药物的研发速度迟缓，而细菌的耐药性却不断出现。多粘菌素是治疗多重耐药革兰氏阴性菌感染的“最后一道防线”，由于可转移的多粘菌素耐药基因mcr-1的发现，使得多粘菌素耐药性问题引起世界范围的广泛关注。目前，虽然有我国部分地区动物源大肠杆菌mcr-1耐药基因流行情况的研究报道，但对mcr-1在我国的流行特征和传播机制仍缺乏了解。本研究拟在调查我国东北地区动物源大肠杆菌中mcr-1流行情况的基础上，进一步阐明mcr-1基因在动物源大肠杆菌中的传播机制。 本研究分析了2016年6月至2016年9月从东北三省分离的猪源、鸡源和奶牛源大肠杆菌mcr-1的携带和流行情况，结果发现鸡源和猪源大肠杆菌的mcr-1携带率明显高于奶牛源大肠杆菌的携带率，并显示绝大多数mcr-1阳性分离菌对多种抗生素耐药，特别是对四环素、氟苯尼考和环丙沙星，多重耐药性十分严峻。利用两种分子分型方法探讨了mcr-1阳性分离菌的分子流行特点，结果显示mcr-1阳性分离菌的PFGE谱型和MLST序列型具有显著的多样性，菌株间的亲缘关系较远。分析了mcr-1在分离菌中的定位情况、接合转移能力、接合转移频率以及质粒稳定性，结果显示，mcr-1基因在质粒和染色体上均有分布，但主要定位于大小不等的质粒上，质粒大小在～30kb至～430kb之间，质粒分型结果发现五种不同类型的mcr-1阳性质粒，其中以IncX4型、IncI2型和IncHI2型三种质粒为主，接合转移频率范围在1.4×10-6-8.8×10-2之间，稳定性试验表明五种不同类型的质粒均能稳定存在于受体菌中。 通过对分离菌基因组草图和代表性质粒全序列进行测定，结果显示本研究五种代表性质粒与国内报道的相应类型质粒序列具有较高的同源性，表明这些质粒已在我国多个地区流行。同时，通过全基因组测序分析首次发现了携带mcr-1的毒力—耐药杂合质粒，推测其可能是由IncHI2型耐药质粒与IncF型毒力质粒通过同源重组的方式融合而成。此外，对mcr-1基因环境研究发现，Tn6330转座子是介导mcr-1基因在不同类型质粒间以及染色体上传播的主要方式。对分离株中mcr-1基因序列对比发现两个新的mcr-1突变体，功能研究显示突变没有改变MCR-1蛋白的催化活性，表明突变的两个位点不是决定其功能的关键氨基酸残基。 本研究为揭示mcr-1在动物源大肠杆菌中的传播机制，为多粘菌素耐药菌及耐药基因转移扩散的风险评估和防控提供科学依据。