携带SXT/R391家族整合接合元件多重耐药菌株的高效筛选与分析

本研究建立了一种抗生素平板与分子检测相结合的高效筛选水产品中携带SXT/R391家族整合接合元件(integrative and conjugative elements,ICEs)的多重耐药菌株的方法。采用美国临床与实验室标准研究所标准Kirby-Bauer纸片扩散法、需氧菌液体微量稀释法,以及接合实验,对筛选、鉴定获得的携带SXT/R391家族ICEs的变形杆菌(Proteus vulgaris)进行了抗菌素、重金属抗性以及ICEs元件接合转移活性的分析。结果表明:运用本研究建立的筛选法可有效获得含有多重耐药基因的ICEs元件,其检出率为3%,远高于常规聚合酶链式反应技术的检测水平(<1‰)。受试菌株对六大类10种抗菌素均表现出抗性,并且对重金属镉、铜、锌和汞具有高度耐受性。接合实验证明了受试菌株所携带的ICEs元件在普通变形杆菌与大肠杆菌(Escherichia coli)MG1655之间的自我转移活性。

SXT/R391元件核心基因的生物信息学分析

目的:SXT/R391元件是革兰阴性菌中研究最充分、已知成员最多的整合性接合元件家族,本研究的主要目的是探讨SXT/R391元件核心基因组的适应性进化规律。方法:收集数据库中及文献报道的SXT/R391家族元件数据,并利用已测序的细菌基因组序列预测该家族元件,分析元件核心基因的进化特性。结果:通过文献搜集和预测,共获得83个SXT/R391元件的基因组序列。在52个核心基因中,计算发现22个基因在进化过程中经历了重组,基因分布于SXT/R391元件的4个必需模块。此外,在7个基因中检测到了正选择信号。结论:分析了SXT/R391元件核心基因的进化机制,为了解该家族的进化和扩散奠定了基础。

细菌整合性接合元件SXT／R391研究进展

SXT/R391家族是整合性接合元件中多样性最为丰富、成员最多的一个家族。SXT/R391包括保守的核基因以及可变区基因,SXT/R391保守的核心基因主要涉及SXT/R391的整合/剪切、自我接合转移、元件表达的调节。SXT/R391可变区基因的编码产物主要负责宿主对抗生素的耐药性、重金属离子抗性、生物膜形成和细菌运动能力的调节,编码毒素-抗毒素系统以阻止SXT/R391从宿主丢失。一些SXT/R391也编码限制性修饰系统、解旋酶、核酸内切酶。SXT/R391受SetCD正性调控,受SetR负性调控。SXT/R391接合转移过程不会导致其在原供体菌基因组丢失。SXT/R391可以阻止细胞获得其它密切相关的同类SXT/R391但不排斥异质性ICE获得,在SXT/R391自身编码的重组系统作用下获得的异质性ICE导致杂合ICE的产生。SXT/R391具有相当高的转移频率和宽广宿主范围,目前已经有超过40个不同类型的SXT/R391在不同种属的细菌中被发现,以弧菌为最多。已知的SXT/R391集中出现在非洲和亚洲沿海地区,且来源多为海洋细菌,表明海洋环境很可能是SXT/R391主要的贮藏库,并且经由海洋环境株向临床株扩散。日益增加的选择压力很可能加速了SXT/R391的传播。鉴于SXT/R391的转移和盛行带来的风险,卫生部门以及医学微生物科学家应对其扩散保持充分警惕。

抗生素对溶藻弧菌SXT/R391元件转移频率的影响

【目的】研究萘啶酸、诺氟沙星、卡那霉素3种抗生素对溶藻弧菌(Vibrio alginolyticus)SXT/R391元件ICEVal A056-1转移频率的影响。【方法】利用PCR检测溶藻弧菌A056中ICEVal A056-1的自我剪切、转移潜力。通过溶藻弧菌A056与大肠杆菌菌株VB111的接合实验,研究溶藻弧菌分别在含不同浓度萘啶酸、诺氟沙星、卡那霉素的LB培养基中培养15 min或30 min后,ICEVal A056-1转移频率的变化规律。【结果】溶藻弧菌A056细胞中有环状形式的ICEVal A056-1分子存在,具有水平转移潜力;溶藻弧菌A056在含40μg/m L萘啶酸的LB中培养30 min后,ICEVal A056-1转移频率是对照组的19.59倍;在含50μg/m L诺氟沙星的LB中培养15 min后,ICEVal A056-1转移频率是对照组的31.25倍;在含不同浓度卡那霉素的LB中培养30 min后,ICEVal A056-1转移频率与对照组没有显著差别。【结论】部分抗生素的使用可以明显促进溶藻弧菌ICEVal A056-1向大肠杆菌的转移,因此海洋环境中抗生素的滥用及随意排放很可能加剧ICEs(integrating conjugative elements)从溶藻弧菌到其他细菌的传播。

一株同时携带SGI1和SXT/R391耐药基因岛的奇异变形杆菌

目的分析1株人源奇异变形杆菌CA151922的2个耐药相关基因岛SGI1和SXT/R391的基因结构和耐药基因。方法聚合酶链式反应(PCR)检测SGI1和SXT/R391基因岛特异性整合酶基因,采用二代测序方法测定CA151922基因组。分别以SGI1和SXT/R391基因岛的参考序列,从基因组序列中提取基因岛片段并组装。在线预测并注释开放读码框(ORFs)。基因岛的同源序列通过在线工具BLASTn获得,采用cd-hit获得非冗余的同源基因,利用R语言构建同源基因的聚类进化关系树。利用微量肉汤稀释法进行耐药表型检测。结果奇异变形杆菌CA151922同时含有SGI1(SGI1-B)和SXT/R391(ICEPmi Jpn1)2个耐药相关基因岛。SGI1-B和ICEPmi Jpn1与已知序列相似性分别为97%~99%和96%~99%。SGI1-B和ICEPmi Jpn1携带的耐药基因种类有所差异,但两者携带不同的编码β-内酰胺酶的基因。CA151922为多耐药菌株,耐药达18种,与基因岛耐药基因有关的耐药表型为氨苄西林和磺胺类药物,提示菌株耐药表型不完全由该耐药岛内的耐药基因决定。结论首次在奇异变形杆菌中发现,同时携带SGI1和SXT/R391耐药相关基因岛,增加了菌株耐药的复杂性和严重性,提示应加强对多耐药菌株耐药相关基因岛的监测。

副溶血弧菌TF2中整合接合元件ICEVpaTF2的生物信息学特征和剪切、环化活性

【目的】从副溶血弧菌TF2基因组框架序列中拼接获得整合性接合元件(ICE)ICEVpaTF2的全序列,分析其基因组学特征;研究ICEVpaTF2是否具有从基因组中剪切、环化活性以及剪切、环化时attB和attP位点如何形成。【方法】对副溶血弧菌TF2基因组框架序列进行RAST注释,发现其基因组中可能存在一个完整的ICE元件,命名为ICEVpaTF2,经过人工拼接和PCR扩增测序验证,得到完整的ICEVpaTF2序列,并对ICEVpaTF2再次进行RAST注释和ICE元件部分特征分析。通过PCR检测,探索ICEVpaTF2是否能够从基因组剪切并环化。通过attL、attR、attB、attP位点序列比较,探索attB和attP重组特征。【结果】ICEVpaTF2全长83588 bp,包含SXT/R391家族ICE元件的52个保守核心基因,它们与ICE切除、整合、自我转移和调节机制相关。ICEVpaTF2也包含5个外源基因插入的热点区(HS)、2个可变区(VR)以及3个非典型插入位点。HS和VR包含了大量可变基因,它们负责编码限制性修饰系统、DNA修复系统或毒素-抗毒素系统等,赋予宿主广泛适应性功能,ICEVpaTF2也包含独特未知功能基因。通过对int、xis二个核心保守基因种系发生分析,发现ICEVpaTF2的int、xis分别属于以R391和SXT为代表的亚群。ICEVpaTF2在attL和attR处发生剪切并完成环化,新形成杂合重组的attB和attP位点。【结论】ICEVpaTF2属于SXT/R391家族,是一个具备自我剪切和环化能力的完整ICE元件,剪切后新形成的attB和attP位点由attL、attR杂合重组形成。