利奈唑胺耐药金黄色葡萄球菌耐药机制分析
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
DOI:
10.13602/j.cnki.jcls.2020.08.13
·临床实验研究·
利奈唑胺耐药金黄色葡萄球菌耐药机制分析
高硕,周万青,朱宏,周辉,张燕,张之烽,曹小利,沈瀚(南京大学医学院附属鼓楼医院检验科,南京210008)
摘要:目的 调查临床分离金黄色葡萄球菌对利奈唑胺的耐药情况及耐药机制。
方法 用Vitek2系统GP67卡对2019年1月至12月南京鼓楼医院临床分离905株金黄色葡萄球菌进行药敏试验,对检出的利奈唑胺耐药菌株用E test法复测利奈唑
胺最低抑菌浓度(MIC);用PCR扩增及测序技术分析利奈唑胺耐药决定基因cfr、optrA及23SrRNA基因V区;对菌株基因组
DNA进行全基因组测序分析,对耐药基因、毒力基因进行生物信息学分析;用多位点序列分型(MLST)技术获得菌株ST分型。
结果 905株金黄色葡萄球菌检出1株(0.1%)利奈唑胺耐药株(MIC为16mg/L),该菌株除对万古霉素和复方磺胺甲 唑敏
感外,对其余常用抗菌药物均耐药。
PCR及测序技术显示该菌株携带cfr基因,23SrRNAV区存在T2337G和C2370G核苷酸
突变位点;
全基因组序列分析显示基因组包含碱基数为2949411bp,总基因数为3023个,包含59个tRNA编码基因以及7个完整的rRNA基因编码操纵子,获得GenBank登录号JAANYO000000000,且该菌株携带包括cfr在内的多种耐药决定基因和毒力基因;MLST分型为新型ST5985。
结论 利奈唑胺耐药金黄色葡萄球菌临床分离率较低。
检出由cfr基因和23SrRNAV区突变介导的新ST型利奈唑胺耐药株。
关键词:金黄色葡萄球菌;利奈唑胺耐药;cfr基因;23SrRNA突变;全基因组测序
中图分类号:
R446.5 文献标志码:AAnalysisontheresistancemechanismoflinezolid resistantStaphylococcusaureus
GAOShuo,
ZHOUWanqing,ZHUHong,
ZHOUHui,ZHANGYan,ZHANGZhifeng,CAOXiaoli,
SHENHan(
DepartmentofLabo ratoryMedicine,
NanjingDrumTowerHospital,
theAffiliatedHospitalofNanjingUniversityMedicalSchool,
Nanjing210008,Jiangsu,
China
)
Abstract:
Objective ToinvestigatetheresistanceofStaphylococcusaureusisolatedfromclinicalsamplestolinezolidanditsmecha nism.Methods Atotalof905strainsofStaphylococcusaureusisolatedfromNanjingDrumTowerHospitalduringJanuary2019andDecember2019wereperformedtheantibioticsensitivitytestbytheGP67cardsofVitek2system,
andthescreenedlinezolid resistantstrainswerefurtherdetectedtheminimalinhibitoryconcentration(MIC)
oflinezolidbytheE test.Resistancedetermininggenesoflin ezolidsuchascfr,
optrAandthefifthfunctionalregionof23SrRNAwereidentifiedbyPCRamplificationandsequencinganalysis.ThegenomicDNAoftheisolatedstrainswereanalyzedbythewholegenomesequencing,
andthebioinformaticanalysisofresistancegenesandvirulencegeneswereperformed.Themultilocussequencetyping(MLST)
wasusedtoobtainthesequencetyping(ST)
oftheiso latedstrains.Results Onlyone(0.1%
)linezolid resistantstrainwith16mg/LofMICwasdetectedin905strainsofStaphylococcus
aureus.ThestrainwassusceptibletovancomycinandSMZ TMPbutresistanttootherantibioticsusedcommonly.PCRandsequencinganalysisshowedthatthestraincarriedcfrgene,
andthattherewerenucleotidemutationsofT2337GandC2370Ginthefifthfunctionalregionof23SrRNA.ThewholegenomesequenceanalysisshowedthatthegenomeDNAofthestrainconsistedof2949411bp,
andcontained3023genes,
including59tRNA encodinggenesand7completerRNA encodingoperons.Thisgenomesequencewasdeposi tedinGenBank,
andtheaccessionnumberJAANYO000000000wasobtained.Thestraincarriedmultipleresistancedetermininggenessuchascfrgeneandvirulencegenes.MLSTidentifiedthestrainasanewtypeofST5985.Conclusion Theclinicalisolationrateoflinezolid resistantStaphylococcusaureusislow,
andanewSTtypestrainoflinezolid resistantStaphylococcusaureusmediatedbycfrgeneandthemutationofthefifthfunctionalregionof23SrRNAisfound.
Keywords:Staphylococcusaureus;linezolidresistance;cfrgene;
23SrRNAmutation;
wholegenomesequencing
利奈唑胺作为 唑烷酮类抗菌药物,广泛应用于革兰阳性球菌引起的严重感染,是治疗耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(methicillin resistantStaphylococ
cusaureus,
MRSA)的一个重要选择[1
]。
然而,在全球范围内,利奈唑胺耐药金黄色葡萄球菌感染病例
相继出现,给临床治疗带来严峻挑战[2
]。
目前已知
的利奈唑胺耐药主要机制是23SrRNA基因V区核苷酸突变、核糖体L3和(或)L4突变以及菌株携带氯霉素-氟甲砜霉素耐药基因(chloramphenicol flor
fenicolresistance,
cfr)[3
]。
近年发现,介导粪肠球菌
基金项目:南京市医学科技发展资金(ZKX18016,QRX17143,YKK18091)。
作者简介:高硕,1987年生,女,主管技师,硕士,主要从事临床微生物检验及相关耐药机制研究。
通信作者:沈瀚,主任技师,硕士,E mail:shenhan10366@sina.com。
利奈唑胺耐药的决定基因optrA[4
]在凝固酶阴性葡萄球菌中也有检出[5
],以及由新型poxtA基因介导的利奈唑胺耐药MRSA被检出[6
],进一步揭示革兰阳性菌对利奈唑胺耐药机制的多元化。
本课题组前期研究发现,获得cfr基因或23SrRNAG2576T突变是导致凝固酶阴性葡萄球菌对利奈唑胺耐药的主要机制[7
],并存在江苏地区内的克隆传播。
美国LEADER项目2011—2015年数据显示,金黄色葡萄球菌利奈唑胺不敏感率为0.1%[8
]。
2018年CHINET中国细菌耐药监测结果显示,
甲氧西林耐药凝固酶阴性葡萄球菌(methicillinresistantcoagulase negativeStaphylococcus,
MRCNS)和甲氧西林敏感凝固酶阴性葡萄球菌(meticillin sensitiveco agulase negativeStaphylococcus,
MSCNS)对利奈唑胺的耐药率分别为0.5%和0.1%,未检出利奈唑胺耐药的MRSA[9
]。
而本课题组在对我院临床分离金黄色葡萄球菌药敏监测中检出1株利奈唑胺耐药MR SA菌株,并利用全基因组测序技术分析其对利奈唑胺的耐药机制,现报道如下。
1 材料和方法
1.1 菌株 收集南京大学医学院附属鼓楼医院2019年1月至12月临床分离非重复金黄色葡萄球菌905株,
主要分离自痰液(52%)、分泌物(29%)、血液样本(7%)及其他类型标本(12%)。
所有菌株均经Vitek2CompactGP板卡鉴定并经Vitek质谱仪复核。
金黄色葡萄球菌ATCC29213、cfr基因阳性对照头状葡萄球菌SA10106为本实验室保存[10
]。
1.2 主要试剂与仪器 Vitek2Compact全自动鉴定仪及配套GP鉴定卡、GP67药敏卡、VitekMS(法
国生物梅里埃公司),利奈唑胺E test试纸条(郑州
安图生物公司),DNA提取试剂盒及胶回收试剂盒(北京天根公司),2×TaqMix(DBI公司),LB肉汤(科玛嘉公司),PCR引物由上海生工公司合成;2720ThermalCyclerPCR仪、ABI3730XL基因测序仪(美国ABI公司);Gel DocXR型凝胶成像分析系统(美国Bio Rad公司)。
1.3 药敏试验 用Vitek2Compact配套GP67药
敏卡检测菌株对常规药物的敏感性。
用E test法复测利奈唑胺耐药菌株对利奈唑胺的最低抑菌浓度
(MIC),判定标准参照美国临床和实验室标准化协会(CLSI)2019年标准[11
]。
1.4 DNA提取 挑取纯培养菌落接种至LB液体培养基,37℃、180r/min培养16h,用DNA提取试剂盒提取菌液基因组DNA,按试剂盒说明书进行操作。
所提核酸用于全基因组测序及基因扩增。
1.5 PCR扩增和序列分析 参照文献[7
]合成23SrRNA第V功能区基因、
cfr基因以及optrA基因,引物序列见表1。
反应体系为50μL:2×TaqMix
25μL,DNA模板2μL,
上、下游引物(10μmol/L)各2μL,ddH2
O19μL。
PCR反应条件:94℃5min;94℃30s,55℃30s,72℃30s,共30个循环;
72℃7min。
PCR产物行15g/L琼脂糖凝胶电泳,阳性扩增产物经电泳后切胶回收,用柱层析法纯化后用ABI3730XL基因测序仪进行Sanger双向测序(由上海生工公司完成),正、反向测序片段采用DNAMAN8软件拼接,结果经BLAST与GenBank进行比对。
表1 靶基因PCR引物序列及产物大小
目的基因
引物序列(
5′→3′)产物长度(bp)23SrRNAF:
GCGGTCGCCTCCTAAAAG
390R:ATCCCGGTCCTCTCGTACTA
cfrF:TGAAGTATAAAGCAGGTTGGGAGTCA746R:ACCATATAATTGACCACAAGCAGCoptrA
F:AGGTGGTCAGCGAACTAA1395
R:
ATCAACTGTTCCCATTCA1.6
全基因组测序分析 委托上海泽塔生物科技
公司用IlluminaHiSeq2000测序系统进行全基因组DNA测序。
简要步骤:对样本DNA进行双向(paired end,PE)测序,构建450bp文库;对测序结果进行质量剪切后,用MicrobeTrakrplusv.0.9.1软件对序列进行拼接,得到最优的组装结果。
用Gen eMarkS+v.4.11基因注释软件对测序结果进行预测。
将预测得到的基因序列分别与KEGG、COG、GO数据库进行BLAST比对,获得预测基因的注释信息。
利用CenterforGenomicEpidemiology网站(http://
www.genomicepidemiology.org)
中的LRE Finder1.0、ResFinder3.2、VirulenceFinder及PlasmidFinder软件对耐药基因、毒力基因、利奈唑胺耐药相关突变及质粒分型进行预测分析。
1.7 多位点序列分型(multilocussequencetyping,
MLST) 用PCR方法进行菌株MLST分析[12]。
参照金黄色葡萄球菌MLST数据库(https://pubmlst.
org/saureus/)中引物序列,合成金黄色葡萄球菌7个管家基因arc、aro、glp、gmk、pta、tpi和yqi扩增引
物,并依据网站条件进行PCR扩增和测序。
PCR反应体系及序列分析同1.5。
通过将测序序列与数据库进行比对,获得菌株MLST型别。
pta等位基因型未在数据库中获得匹配,将序列及测序文件递交至Sequence/profiledefinitions数据库(https://pubmlst.
org/bigsdbdb=pubmlst_saureus_seqdef)以获得新的等位基因编号及ST型别。
2 结果
2.1 利奈唑胺耐药菌株筛选 905株金黄色葡萄球菌对青霉素、环丙沙星、红霉素、克林霉素、四环素、
复方磺胺甲 唑和左氧氟沙星的耐药率分别为
97.2%、38%、59.7%、29.3%、34.7%、5.9%和38.1%,未检出万古霉素不敏感菌株,MRSA检出率为
49.8%,检出1株(0.1%)利奈唑胺耐药菌株(实验室编号SA12095)。
该菌株对万古霉素和复方磺胺
甲 唑敏感,对青霉素、苯唑西林、环丙沙星、红霉素、克林霉素、四环素及左氧氟沙星均耐药;E test检测利奈唑胺MIC值为16mg/L。
2.2 耐药基因检测结果 PCR结果显示SA12095携带cfr基因,未检出optrA基因。
见图1。
经测序,
23SrRNAV区发生T2337G和C2370G2个核苷酸位点的突变。
注:M,2000bpDNAladdermaker;1,cfr基因阳性对照(SA10106);2,cfr基因(SA12095菌株);3,optrA基因(SA12095菌
株);4,23SrRNAV区(SA12095菌株);5,23SRNAV区(ATCC29213菌株)。
图
1 耐药基因扩增产物电泳分析2.3 基因组概述 SA12095基因组大小为
2949411bp,GC含量为48.5%,总基因数为3023个,基因组含有2876个编码序列、59个tRNA编码
基因以及7个完整的rRNA基因编码的操纵子。
耐药基因预测分析显示,该菌株携带cfr、norA、aadD、
spc、aac(6′) aph(2′′)、erm(A)、tet(K)、blaZ、mecA及lnu(A)。
毒力基因主要有sak、scn、hlgA、hlgB、
hlgC、lukD、lukE、sea、sec、sel、sem、aur、splA及splB。
质粒分型预测主要为携带Increp7a、Increp5a、
Increp19及Increp16的质粒。
全基因序列提交至NCBI数据库,GeneBank号为JAANYO000000000。
2.4 MLST结果 经PCR扩增及测序,SA12095菌株管家基因pta序列与数据库中pta249相比存在1
个碱基突变(A39536T)。
将序列上传至金黄色葡萄球菌MLSTSequence/profiledefinitions数据库,获得新的等位基因型为pta731,获得7个位点(arc/aro/glp/gmk/pta/tpi/yqi)的等位基因编码依次为1、4、
1、4、731、1、10,上传至上述数据库获得SA12095菌株ST型为新型ST5985。
3 讨论
本文对我院2019年度临床分离金黄色葡萄球菌进行药敏监测,发现1株(0.1%)利奈唑胺耐药菌
株,分离率与文献报道相近[8]。
虽然目前本院临床分离金黄色葡萄球菌对利奈唑胺耐药率较低,但仍需加强监控,早期发现并实施可能的院内播散流行的阻断措施。
目前报道的利奈唑胺耐药MRSAST分型主要有ST36[13]及ST5[14 15]等,本文分离SA12095菌株pta等位基因为新的基因型,并被
MLST数据库确认为新型ST5985。
利奈唑胺主要通过与细菌50S核糖体亚基的肽基转移酶中心(peptidyltransferasecenter,PTC)结合,抑制蛋白质的合成从而发挥抗菌作用。
细菌对利奈唑胺耐药的主要机制之一是细菌23SrRNAV区点突变,导致药物与靶位亲和力减低,其中以
G2576T点突变发生率最高[2,7]。
姚伟明等[16]对利奈唑胺诱导耐药的MRSA菌株进行全基因组测序
发现,23SrRNAV区发生G2447T突变。
Wu等[17]对临床患者血液中检出的利奈唑胺耐药MRSA进行全基因组测序分析,发现存在23SrRNAV区
G2576T和G2234A位点突变。
但除G2576T外,对于其他突变位点与利奈唑胺耐药的相关研究数据仍
缺乏。
不同于此前的报道,我们通过PCR联合Sanger测序技术以及全基因组测序技术发现SA12095菌株存在23SrRNAV区T2337G和
C2370G2个新的核苷酸突变位点。
由于该菌株同时检出cfr基因而未检出optrA基因,我们推测,
SA12095菌株对利奈唑胺耐药与菌株携带cfr基因
有关。
近年来由cfr介导的利奈唑胺耐药菌株在一些国家引起暴发流行[18]。
有报道显示cfr基因位于
pLRSA417质粒上,因此需警惕耐药性在不同种属细菌之间的传播[15]。
本院此前检出cfr基因介导利
奈唑胺耐药的头状葡萄球菌的流行[10]。
最近发现江苏地区流行的耐利奈唑胺凝固酶阴性葡萄球菌主要由cfr基因和23SrRNAⅤ区G2576T突变造成,并存在头状葡萄球菌和人葡萄球菌的跨地区克隆播散[7]。
因此,对于SA12095菌株中cfr基因的来源和定位研究将为可能的耐药基因传播及防控奠定理论基础。
另外,全基因组测序分析提示SA12095菌株同时携带tet(K)、blaZ、mecA等基因,并与菌株对四环素、青霉素及苯唑西林耐药表型相一致。
由此可见,全基因组测序分析可为耐药基因研究提供支持性数据。
研究表明,利奈唑胺暴露可能是利奈唑胺耐药菌株感染的危险因素[13],亦有耐药菌株在未使用过利奈唑胺患者的样本中检出的报道[14]。
本文菌株分离自多发性骨髓瘤合并肺部感染患者痰液样本,该患者在SA12095检出前15d有连续7d的利奈唑胺使用史。
因此,我们推测SA12095耐药性的产生可能与利奈唑胺暴露有关。
本文对耐药监测中所检出的1株利奈唑胺耐药
MRSA进行全基因组测序并结合PCR及测序技术,揭示该菌株是由cfr基因介导的利奈唑胺耐药,并且
为新型ST型MRSA(ST5985),提示目前流行的利奈唑胺耐药MRSA仍为地区性散发。
但携带可经质粒介导传播的cfr基因是可能造成其水平传播的危险因素,因此,建议临床密切监测耐药菌株的出现,并与医院感染控制部门合作,及时阻断进一步播散。
4 参考文献
[1]HashemianSMR,FarhadiT,GanjparvarM.Linezolid:areviewofitsproperties,function,anduseincriticalcare[J].DrugDesDevel
Ther,2018,18(12):1759 1767.
[2]TsiodrasS,GoldHS,SakoulasG,etal.Linezolidresistanceinaclin icalisolateofStaphylococcusaureus[J].Lancet,2001,358(9277):
207 208.
[3]Quiles MeleroI,Goómez GilR,Romero GoómezMP,etal.Mecha
nismsoflinezolidresistanceamongstaphylococciinatertiaryhospital[J].JClinMicrobiol,2013,51(3):998 1001.
[4]ZhouW,GaoS,XuH,etal.DistributionoftheoptrAgeneinEn terococcusisolatesatatertiarycarehospitalinChina[J].JGlobAn
timicrobResist,2019,17:180 186.
[5]FanR,LiD,WangY,etal.PresenceoftheoptrAgeneinmethicil lin resistantStaphylococcussciuriofporcineorigin[J].AntimicrobA
gentsChemother,2016,60(12):7200 7205.
[6]AntonelliA,D′AndreaMM,BrencianiA,etal.CharacterizationofpoxtA,anovelphenicol oxazolidinone tetracyclineresistancegenefromanMRSAofclinicalorigin[J].JAntimicrobChemother,2018,
73(7):1763 1769.
[7]周万青,宋熙晶,生媛,等.多中心耐利奈唑胺凝固酶阴性葡萄球菌耐药机制及同源性分析[J].临床检验杂志,2020,38(1):
29 33.
[8]PfallerMA,MendesRE,StreitJM,etal.Five yearsummaryofinvitroactivityandresistancemechanismsoflinezolidagainstclinicallyimportantGram positivecocciintheUnitedStatesfromtheLEADERSurveillanceProgram(2011to2015)[J].AntimicrobAgentsChe
mother,2017,61(7):e00609 17.
[9]胡付品,郭燕,朱德妹,等.2018年中国CHINET细菌耐药性监测[J].中国感染与化疗杂志,2020,20(1):1 10.
[10]ZhouW,NiuD,CaoX,etal.Clonaldisseminationoflinezolid re sistantStaphylococcuscapitiswithG2603TmutationindomainVof
the23SrRNAandthecfrgeneatatertiarycarehospitalinChina[J].BMCInfectDis,2015,15:97.
[11]ClinicalandLaboratoryStandardsInstitute.Performancestandardsforantimicrobialsusceptibilitytesting.29thed.CLSIsupplement
M100[S]:Wayne,PA:CLSI,2019.
[12]EnrightMC,DayPJ,DaviesCE,etal.Multilocussequencetypingforcharacterizationofmethicillin resistantandmethicillin suscepti
bleclonesofStaphylococcusaureus[J].JClinMicrobiol,2000,38(3):1008 1015.
[13]HillRL,KearmsAM,NashJ,etal.Linezolid resistantST36me thicillin resistantStaphylococcusaureusassociatedwithprolongedlinezolidtreatmentintwopaediatriccysticfibrosispatients[J].J
AntimicrobChemother,2010,65(3):442 445.
[14]方颍,黄永禄,蔡加昌,等.金黄色葡萄球菌临床株对利奈唑胺耐药性及耐药机制[J].中国感染与化疗杂志,2016,16(4):477 480.
[15]CaiJC,HuYY,ZhouHW,etal.Disseminationofthesamecfr car ryingplasmidamongmethicillin resistantStaphylococcusaureusandcoagulase negativestaphylococcalisolatesinChina[J].Antimicrob
AgentsChemother,2015,59(6):3669 3671.
[16]姚伟明,陈重,蒲彰雅,等.全基因测序分析耐甲氧西林金黄色葡萄球菌利奈唑胺耐药相关变异位点[J].中国感染控制杂志,2017,16(1):1 5.
[17]WuD,YanB,YangX,etal.Whole genomesequencingfordetec tinglinezolidresistanceinapatientwithpersistentmethicillin re sistantStaphylococcusaureusinfectionduringlinezolidexposure[J].
IntJAntimicrobAgents,2020,55(1):105819.
[18]SanchezGM,DelaTorreMA,MoralesG,etal.Clinicalout break
oflinezolid resistantStaphylococcusaureusinanintensivecareunit[J].JAMA,2010,303(22):2260 2264.
(收稿日期:2020 05 06)
(本文编辑:刘群)。