肠杆菌科细菌中质粒介导的KPC-2型碳青霉烯酶的检测

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.临床实验诊断研究.
肠杆菌科细菌中质粒介导的KPC一2型
碳青霉烯酶的检测油水冷却器
张嵘蔡加昌周宏伟陈功祥
【摘要】目的研究重症监护病房(ICU)出现的碳青霉烯耐药的黏质沙雷菌、肺炎克雷伯菌和
大肠埃希菌等肠杆菌科细菌的分子流行病学及耐药机制。方法2006年4月—200r7年2月,从我院
2个ICU病房分离到对碳青霉烯耐药或敏感性降低的21株黏质沙雷菌、10株肺炎克雷伯菌和l株大
肠埃希菌。用脉冲场凝胶电泳(PFGE)和肠杆菌基因间重复性一致序列一PCR(ERIC—PCR)分析这些
菌株的分子流行病学。用接合试验、质粒消除试验、质粒图谱分析、等电聚焦电泳(IEF)、特异性PCR
扩增和序列分析以及外膜蛋白分析等技术研究细菌对碳青霉烯耐药的分子机制。结果21株黏质
沙雷菌为同一克隆株;10株肺炎克雷伯菌亲缘关系相近。亚胺培南和美罗培南对黏质沙雷菌、肺炎
克雷伯菌和大肠埃希菌的MIC为2~8斗g/IIll,肺炎克雷伯菌K10为128和256斗g/ml。所有菌株接
合试验均获得成功,亚胺培南和美罗培南对接合子的MIC由原来的≤0.125oe,/ml上升到1—
2∥lnl。IEF、PCR扩增和序列分析证实黏质沙雷菌产KPC-2型碳青霉烯酶[等电点(p1)为6.7]和pI
为6.5的B内酰胺酶;肺炎克雷伯菌产TEM-I(pI5.4)、KPC-2、CTX-M-14(p17.9)和pI为7.3的B内
酰胺酶;大肠埃希菌产KPC-2、CTX.M.15(pI9.0)和pI为7.3的B内酰胺酶;所有接合子均只产
KPc-2一种B内酰胺酶。所有接合子质粒DNA的EcoRI、Hind11I和BcuI限制性酶切图谱完全相
同。外膜蛋白的十二烷基磺酸钠.聚丙烯酰胺电泳和基因序列分析发现肺炎克雷伯菌KIO由于
OmpK36基因中存在插人序列ISEepl而导致OmpK36膜孔蛋白的缺失。结论我院ICU病房出现大
量碳青霉烯耐药的黏质沙雷菌、肺炎克雷伯菌和大肠埃希菌;KPC-2是引起这些细菌对碳青霉烯耐药
或敏感性降低的主要原因;KPC-2合并膜孔蛋白缺失可导致肺炎克雷伯菌对碳青霉烯高水平耐药;同
一种编码bla。Pc之的质粒在3种不同属的细菌之间传播。
【关键词】肠杆菌科;质粒;细菌蛋白质类;13内酰胺酶类;卡巴配能类;抗药性,
细菌
Identificationofplasmid—mediatedcarbapenem-hydrolyzingplactamaseKPC-2inEnterobacteriaceae
树脂制品
zHANGRong,CA/Jia-chang,ZHOUHong—wei,CHENGong-xiang.ClinicalLaboratoryCenter,2rid
Aj够liatedHospitalofZhejiangUniversity,Hangzhou310009,China
Correspondingauthor:ZHANGRong,Email:brigittezx@i63.corn
【Abstract】objectiveToinvestigatethemolecularepidemiologyandmechanismofearbapenem
resistanceofSerratiamarcescens,KlebsiellapneumoniaeandEscherichiacoliisolatesfromintensivecare
水处理控制器
units(ICUs).MethodsTwenty.oneS.marcescens.tenK.pneumoniaeandoneE.coliisolateswith
carbapenemresistanceorreducedcarbapenemsusceptibilitywererecoveredfromtwoICUsinourhospital
fromApril2006toFebruary2007.Pulsed.fieldgelelectrophoresis(PFGE)andenterobacterialrepetitive
intergenicconsensus-PCR(ERIC-PCR)wereperformedtoanalyzethemolecularepidemiologyofisolates.
Antibioticsusceptibilitiesweredeterminedbyagardilutionmethod.Co.jugationexperimentswerecarriedout
inmixedbrothcultures.PlasmidDNAWSSobtainedbyusinganalkalinelysisteehniqueandwasdigestedby
variousendonucleases.EliminationofplasmidfromS.marcescensisolateswereperformedbyrepeatedSDS
treatmenLThecrudeB.1actamaseextractsoforiginalisolatesandE.colitranseonjugantsweresubjectedto
isoelectricfocusing(IEF);SpecificPCRsandDNAsequencingwerepreformedtoconfirmthegenotypeof
B.1actamases.ResultsERIC.PCRindieatedthatallS.n'l鲫cescensisolatesbelongedtoaclonalstrain.
PFGEindieatedthattenlCpneumoniaeisolateswereindistinguishableorcloselyrelatedtoeachother.711le
MICsofimipenemandmeropeneroforallisolateswere2to8彬Inl
except
kpneumoniaeK10(128and
256oe,/mi).ConjugationstudieswithE.coli(EC600)resultedinthetransferofreducedearbapenem
作者单位:310009杭州,浙江大学医学院附属第二医院检验科
通讯作者:张嵘,:brigiue_zx@163.oDm
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susceptibilityfromori乎nalisolates(MICs:from≤0.125¨e,/mlto1-2蜡/m1).IEF,PCRandDNAsequenceanalysisconfirmedthats.marcescemisolatesproducedKPC-2(pIof6.7)andaB-lactamase(pI6.5).kpneumoniaeisolatesproducedTEM一1(pI5.4),KPC-2,CTX-M一14(pI7.9),andaB—lactamase(pI7.3).E.coliElproducedKPC-2,CTX—M-15(pI9.0),andap-laetamase(pI7.3).OnlyaKPC-2was
detectedinE.colitranseonjugants.PlasmidrestrictionanalysisusingEcoRI,HindIII,
andBcuIshowedidenticalrestrietion
patternsamongallE.coli咖sconjugants.SDS・PAGEandompK35/36genesequenceanalysisofOMPsrevealedthatkpneumoniaeKIOfailedtoexpressOmpK36becauseofinsertionalinactivationbyaninsertionofI
SEcpl.ConclusionsCarbapenem—non—susceptibles.marcescens.KpneumoniaeandE.coliwereepidemicintwoICUsinourhospitaLResistanceorreducedsusceptibilitytocarbapenemsinthesestrainsismainlyduetoproductionofKPC-2.PresenceofKPC-2combinedwithporindeficiencyresultinhiIgh-levelcarbapenemresistanceinkpneumoniae.’nle8anleblaKPc。一encodingplasmidspreadsamongthethreedifferentgenera.
【Keywords】Enterobacteriaceae;Plasmids;Bacterialproteins;beta—Lactamases;
Carbapenems;Drugresistance,bacterial
碳青霉烯类抗生素对大多数B内酰胺酶包括超广谱B内酰胺酶(ESBLs)和AmpC酶都很稳定,被认为是目前临床上控制革兰阴性菌感染最有效的抗生素。临床上碳青霉烯耐药的肠杆菌科细菌非常少见。然而,随着这类抗生素使用的增加,耐药菌株不断出现,给临床和院内感染控制带来
极大困难。引起肠杆菌科细菌对碳青霉烯耐药的最常见原因是碳青霉烯酶的产生,其中关于KPC的报道近几年逐渐增多,越来越引起人们的重视。
KPC是近几年发现的一种新型碳青霉烯酶,属于Bush分类的2f组,Ambler分类的A类。Yigit等…于2001年首先报道在美国北卡罗来纳的肺炎克雷伯菌中发现KPC—l。2003年KPC-2在马里兰的肺炎克雷伯菌中被发现心J。此后在肠沙门菌∞J、产酸克雷伯菌HJ、肠杆菌属细菌∞1等不同的肠杆菌科细菌中相继检测到KPC-2。之后又在纽约的肺炎克雷伯菌和阴沟肠杆菌中发现KPC-3【6刁J。最近法国旧J、南美旧1和以列¨训也分离到产KPC-2的肺炎克雷伯菌和大肠埃希菌。2006年国内首次报道在l株肺炎克雷伯菌中检测到KPC-2【l¨。值得注意的是,文献多次报道产Ⅺ)C的肺炎克雷伯菌在美国纽约引起流行∞,1243|。
此前我们报道在2006年2月从本院脑科重症监护病房一患者痰液标本分离到1株产KPC-2的黏质沙雷菌¨4I。在随后不到1年的时间里,我们在脑科和外科2个重症监护病房分离到21株黏质沙雷菌、10株肺炎克雷伯菌和1株大肠埃希菌,这些菌株对碳青霉烯类抗生素表现为耐药或敏感性降低。实验发现,所有菌株均产KPC-2,黏质沙雷菌和肺炎克雷伯菌分别属于同一克隆株。
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材料与方法
一、材料
1.菌株来源:2006年4月_2007年2月,从浙江大学医学院附属第二医院脑科重症监护病房患者痰液中分离到21株黏质沙雷菌(菌株号S1一¥21);10株肺炎克雷伯菌(菌株号K1~K10)分别来自脑科重症监护病房(8株)和外科重症监护病房(2株)的痰液(6株)、血液(2株)、创面分泌物(1株)和静脉置管(1株);1株大肠埃希菌(菌株号E1)来自脑科重症监护病房的痰液。
2.试剂和仪器:Vitek细菌鉴定仪:法国BioM6rieux公司;RotaphorSystem6.0脉冲场凝胶电泳仪:德国WhatmanBiometra公司;OptimaMAX超速离心机:美国BeckmanCoulter公司;MiniProtean3垂直电泳仪:美国Bio—Rad公司;GeneAmpPCRSystem9600型PCR仪、ABl3730型DNA自动测序仪:美国ABI公司;PhastSystem等电聚焦电泳仪:瑞典PharmaciaBiotech公司;等电聚焦电泳用PhastGel聚丙烯酰胺凝胶(pH3~9):瑞典AmershamBiosciences公司;头孢硝噻吩(Nitrocefin):英国Oxoid公司;基因组DNA提取试剂盒、质粒小量提取试剂盒(SDS碱裂解法):美国Axygen公司;限制性内切酶、蛋白质分子量标准:立陶宛Fermentas公司;蛋白质定量检测试剂盒:美国Bio.Rad公司。
二、方法
1.药物敏感试验:采用M—H琼脂稀释法测定抗生素MIC,具体方法参照美国临床和实验室标准协会(CLSI)推荐方法¨5|。
2.染体DNA同源性分析:用脉冲场凝胶电泳(PFGE)对10株肺炎克雷伯菌进行染体DNA同源性分析,具体操作步骤参见美国CDC网站(http://www.cdc.gov/pulsenet/protocols.htm)o细菌的染体DNA经XbaI限制性内切酶消化后在RotaphorSystem6.0脉冲场凝胶电泳仪上进行电
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泳。电泳完成后溴化乙锭染,紫外灯下观察结果。根据Tenover等¨钊的标准判读结果。
用肠杆菌基因间重复性一致序列-PCR(EnterobacterialRepetitiveIntergenieConsensus-PCR,ERIC—PCR)对21株黏质沙雷菌进行同源性分析。所用PCR引物见表1。PCR扩增条件为:95oC预变性7min;94℃变性lmin,48℃退火lmin,65℃延伸4min,30个循环;最后65℃延伸16min。
3.接合试验及质粒酶切图谱分析:受体菌为利福平耐药的大肠埃希菌EC600。供体菌和受体菌分别接种于5mlM—H肉汤培养基,37℃摇床过夜;吸取200g,1供体菌、100灿l受体菌和600肛l新鲜M—H肉汤培养基,混合后置37℃孵箱过夜培养;取一定量接合前和接合后菌液接种筛选平板(0.5斗g/ml亚胺培南+700斗g/ml利福平),37℃孵箱过夜培养;挑取单菌落转划筛选平板,37℃孵箱过夜培养。用Vitek对接合子作生化鉴定。
碱裂解法提取黏质沙雷菌、肺炎克雷伯菌和大肠埃希菌及其接合子的质粒DNA,方法参照试剂盒说明书。用EcoRI、Hind11I和BcuI等限制性内切酶对接合子的质粒DNA进行酶切,具体步骤参照产品说明书。
4.B内酰胺酶的等电聚焦分析(IEF):超声破碎法获取细菌酶粗提液,以PhastGel聚丙烯酰胺凝胶为载体,在PhastSystem电泳仪上进行等电聚焦电泳,电泳完成后用头孢硝噻吩显。具体操作参照文献[17]。待测酶的等电点(pI)与已知p内酰胺酶TEM一1(pI5.4)、TEM-28(pl6.1)、SHV-7(pI7.6)和ACT-1(pI9.0)的pI比较后确定。
5.黏质沙雷菌质粒消除试验:选择3株黏质沙雷菌(s5,S10和S15)进行质粒消除试验。细菌接种于5mlM.H肉汤培养基中,37℃摇床过夜,吸取50斗l该肉汤增菌液于5ml含1
%十二烷基硫酸钠(SDS)的新鲜M—H肉汤培养基中,37℃摇床过夜,再吸取50斗l该肉汤增菌液于5IIll含1%SDS的新鲜M—H肉汤培养基中,37℃摇床过夜,如此反复若干次。上述菌液划M—H琼脂平板分离出单个菌落,挑取其中若干菌落做纸片法药敏试验,亚胺培南敏感者疑为质粒丢失,碱裂解法提取质粒证实质粒是否被消除。
6.B内酰胺酶基因的特异性PCR扩增及序列分析:以黏质沙雷菌和肺炎克雷伯菌及其接合子的质粒DNA为模板,用blaKPc、blaTzM、blas|I、r和bla傩M等基因的引物进行PCR扩增。引物序列及相关信息如表1。PCR扩增产物用ABl3730测序仪测序,所得DNA序列与GenBank中的数据库进行在线比对。
7.外膜蛋白分析:肺炎克雷伯菌ATCCl3883用于外膜蛋白分析的对照菌株。参照文献[21]提取肺炎克雷伯菌ATCCl3883、K1和K10的外膜蛋白。简要步骤如下:收集200ml过夜培养的菌液;沉淀悬于Tris—Mg缓冲液,超声破碎细菌;3000×g4℃离心10min去除未破碎细菌;100000×94oC离心60rain,收集沉淀,用含2%十二烷基肌酸钠的Tris—Mg缓冲液重悬沉淀,室温放置30min,重复该步骤2次;沉淀中加入适量去离子水,一80℃保存备用。外膜蛋白浓度采用考马斯亮蓝法测定,蛋白上样量约为3斗g。所提取外膜蛋白溶解于上样缓冲液中,煮沸5min,在MiniProtean3垂直电泳仪上
表1本实验所用PCR引物注:F为上游引物;R为下游引物
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进行十二烷基硫酸钠一聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS—K8、K9和KIO与Kl~K7菌株紧密相关。PAGE)。所用凝胶为5%浓缩胶和12%分离胶
(0.1%SDS、11.6%丙烯酰胺、0.4%双丙烯酰胺)。
20mA恒流电泳85min。电泳完成后用考马斯亮蓝
染,对比肺炎克雷伯菌临床分离株与标准菌株之
间外膜蛋白条带的差异。
8.ompK35/36基因序列分析:PCR扩增肺炎克
雷伯菌K1和KIO的ompK35和ompK36基因,引物
序列及相关信息如表1。PCR扩增产物经测序后进
行基因序列分析。
结果
1.药物敏感试验:21株黏质沙雷菌的药敏谱相
似,对亚胺培南和美罗培南中介耐药或敏感性降低,对青霉素类、头孢菌素类、头孢西丁和氨曲南耐药或中介耐药,对喹诺酮类和氨基糖甙类抗生素敏感。大肠埃希菌E1和肺炎克雷伯菌K1一K9的药敏谱相似,对亚胺培南和美罗培南敏感性降低或中介耐药,对头孢西丁耐药或中介耐药,对其余抗生素均耐药;肺炎克雷伯菌K10对上述所有抗生素高度耐药,对亚胺培南和美罗培南的MIC高达128¨g/ml和256“g/ml(表2)。
2.染体DNA同源性分析:肺炎克雷伯菌的PFGE结果如图1,可见10株肺炎克雷伯菌的酶切片段有3种模式。K1一K7菌株之间的条带数目和大小完全相同;K8和l<9菌株(分离自SICU)条带相同。K1一K7菌株、K8和K9菌株及KIO菌株3者之间有2~3个条带的差异。根据Tenover等¨刮提出的解释标准,K1~K7为相同菌株(Indistinguishable),
注:1一lO分别为肺炎克雷伯菌Kl—K10菌株;1l和12
为用于对照的不产KPC-2的两株肺炎克雷伯菌;箭头所
指处为有差异的条带
图1肺炎克雷伯菌染体DNA限制性酶切片段的
PFGE图
多次用PFGE对21株黏质沙雷菌进行同源性分析,结果都因染体DNA降解而失败,因此改用ERIC—PCR分析。黏质沙雷菌的ERIC—PCR结果如图2,21株黏质沙雷菌ERIC—PCR扩增产物的电泳条带基本相同且与对照菌株有明显差异,认为是同一个克隆株。
3.接合试验及质粒酶切图谱分析:所有黏质沙雷菌、肺炎克雷伯菌和大肠埃希菌菌株均接合成功。32株接合子的药敏谱基本相同,对亚胺培南和美罗培南的MIC为1~2斗g/ml,虽处于敏感水平,但与接合前(MIC≤0.125¨g/m1)相比敏感性明显降低;对青霉素类、头孢菌素类、氨曲南等抗生素耐药或中
表2黏质沙雷菌、肺炎克雷伯菌、大肠埃希菌及所有接合子以及黏质沙雷菌质粒消除株MIC值(肛g/llll)
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介耐药,对喹诺酮类和氨基糖苷类抗生素敏感。
注:1—21分别为黏质沙雷菌S1一¥21菌株;22—24为
用于对照的不产KPC-2的3株黏质沙雷菌;25为黏质
无机砂浆沙雷菌中的blaKec-2编码质粒函为阴性对照;M为标准带
图2黏质沙雷菌ERIC—PCR扩增产物电泳结果
黏质沙雷菌、肺炎克雷伯菌和大肠埃希菌及其接合子质粒DNA的电泳图如图3,肺炎克雷伯菌K1一I(9质粒条带相同,K10菌株略有不同(图3A);21株黏质沙雷菌的质粒条带相同(图3a中只列出部分菌株)。32株接合子的质粒条带相同(图3b中只列出部分接合子),且与黏质沙雷菌临床菌株的质粒条带相同,均只有1个质粒,大小约60000bp。
大肠埃希菌、部分肺炎克雷伯菌和黏质沙雷菌接合子以及部分黏质沙雷菌临床菌株的质粒DNA的限制性酶切图如图4,EeoRI、Hind19和BeuI3种限制性内切酶的酶切图完全相同,认为它们是同一种质粒。
4.IEF:图5为部分菌株的IEF结果。黏质沙雷菌产pI6.5和6.72种B内酰胺酶,与此前我们报道的1株黏质沙雷菌相同;肺炎克雷伯菌产pI5.4、6.7、7.3和7.94种13内酰胺酶;大肠埃希菌产pI6.7、7.3和9.03种13内酰胺酶;3种细菌的接合子均产pI6.71种B内酰胺酶。
5.黏质沙雷菌质粒消除试验:由图4的酶切图可知黏质沙雷菌临床菌株及其接合子含有相同的质粒,而IEF结果显示黏质沙雷菌临床菌株产pI6.5和6.72种13内酰胺酶,接合子只产pI6.71种B内酰胺酶,因此考虑pI6.5的酶可能为染体所编码。我们选择3株黏质沙雷菌(s5,S10和S15)用SDS进行质粒消除试验,结果均获得成功。3株质粒丢失的黏质沙雷菌对表2中所列的除氨苄西林以外的所有抗生素均敏感;相同的质粒提取方法提取不到质粒DNA;IEF显示3株质粒消除菌株均不产13内酰胺酶。
注:a图为临床菌株的质粒,1为大肠埃希菌El菌株;2
—11分别为肺炎克雷伯菌Kl—K10菌株;12一14分别
为黏质沙雷菌SI、S10和¥20菌株;M为大肠埃希菌
V517。b图为接合子质粒,1为大肠埃希菌El菌株的接
合子;2—4分别为肺炎克雷伯菌Kl、K8和K10菌株的
接合子;5—7分别为黏质沙雷菌SI、S10和¥20菌株的
kendeji接合子;M为大肠埃希菌V517
图3大肠埃希菌、肺炎克雷伯菌和部分黏质沙雷菌及
接合子质粒电泳图
注:1为大肠埃希菌El菌株的接合子;2—4分别为肺炎
克雷伯菌Kl、髓和K10菌株的接合子;5—7分别为黏
质沙雷菌Sl、S10和¥20菌株的接合子;8和9为黏质沙
雷菌sl和S10I临床菌株;质粒DNA经EcoRI、HindⅢ
和BeuI等限制性内切酶消化
图4大肠埃希菌、部分肺炎克雷伯菌和黏质沙雷菌接
合子及黏质沙雷菌临床菌株质粒DNA的限制性酶切图

本文发布于:2024-09-22 09:47:05,感谢您对本站的认可!

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