1、以铜绿假单胞菌的野生型标准株 PA 01 的 gyrA (GenB ank accession num 2ber L29417 ), parC ( GenB ank accession num berAB003428)基因序列为靶序列 ,以 DNA M AN 软件辅这是 c:documents and settingsHP桌面ParC 的变异cip 耐药的铜绿假单胞菌两种分子耐药机制关系的研究.pdf 的一个快照。这个文件也许已经发生改变， 该文件存储在本地机器上，因此网络上的其他人无法打开关联链接。百度和 c:documents and settingsHP桌面ParC 的变异cip 耐药的
2、铜绿假单胞菌两种分子耐药机制关系的研究.pdf 的作者无关，不对其内容负责。 -【收稿日期 】2007207216【基金项目 】广州市教育局立项资助 (项目编号 :1044)【作者简介 】吴爱武 (19662),女 ,硕士 ,主任技师 ,从事临床常见细菌耐药机制的研究 ,Em ail:aiwwu66 文章编号 :10052376X (2008)0220131204 【论 着 】C IP耐药的铜绿假单胞菌两种分子耐药机制关系的研究吴爱武 ,蒋月婷 ,卢启君(广州医学院 检验系 ,广东 广州 510182)【摘要 】 目的 探讨环丙沙星 (C IP)耐药的铜绿假单胞菌临床分离株主动外排药物与 gy
3、rA,parC 基因突变的关系.方法 联合碳酰氰基 2 对 2 氯苯腙 (CCCP)和 C IP 对 C IP 耐药的铜绿假单胞菌株进行主动外排阳性株和阴性株的筛选 ,并对这些菌株的 gyrA,parC 基因进行聚合酶链式反应 2限制性片段长度多态性分析 (PCR 2RFLP).结果57% (55/97)的 C IP耐药菌株最小抑菌浓度 (M IC)可被逆转 ,gyrA 单基因突变率为 65% ,gyrA 和 parC 双基因突变率为 35% ,未发现 parC单基因突变的菌株.主动外排阳性组与阴性组 gyrA,parC基因突变情况差异无显着性.结论 在本地区铜绿假单胞菌对 C IP的耐药机制
4、中 ,主动外排系统表达上调与抗菌药物作用靶位的改变均占有重要的地位 ,两者可能是并存的两种相对独立的机制.【关键词 】 环丙沙星耐药 ;铜绿假单胞菌 ;主动外排 ;基因突变【中图分类号 】R378.991 【文献标识码 】AStudy on the relationship ofgyrA and parC genem utation and pum p efflux in Pseudo2m onas aeruginosa clin icalisolatesofciprofloxacin resistanceW U A i2w u,JIAN G Yue2ting,LU Q i2jun(Labor
5、atoryM edicineD epartm ent,GuangzhouM edicalCollege,Guangzhou 510182,China)【A bstract】 O bjective To study the relationship ofgyrA and parC genem utation and pum p efflux in Pseudom onasaeruginosa clinicalisolatesofciprofloxacin resistance.M ethods The dilutionm ethod w asused to determ inem inim um
6、 in2hibitory concentration(M IC) w ith orw ithoutthe effluxpum p inhibitorCarbonylCyarude232chlorophcnylhydrazone(CCCP).Polym erase chain reaction2restriction fragm entlength polym orphism (PCR 2RFLP) w asused to detectthem utation ofgyrAand parC.Results TheM IC of57% (55/97) ciprofloxacin2resistant
7、strainscould be significantly reduced by CCCP.Therate ofgyrA single genem utationw as65% ,w hile the rateofgyrA and parC double genem utationw as35% .No single genem utation ofparC could be found in the test. Therew asno statisticsdifference in gyrA orparC genem utation betw een thestrainsw ith orw
8、ithoutefflux pum p. C onclusion In ciprofloxacin resistancem echanism ofP. aeruginosa clinicalisolates,both gyrA and parC genem utation and pum p efflux play very im portantroles,butm ightfunction independently.【K ey words】 C iprofloxacin resistance;Pseudom onas aeruginosa;Efflux pum p;Genem utation
9、铜绿假单胞菌 (Pseudom onas aeruginosa,Pa)在自然界分布广泛 ,对人类而言 ,属于条件致病菌.随着抗菌药物,免疫抑制剂和各种侵袭性诊治方法的广泛应用 ,铜绿假单胞菌已成为医院感染的主要病原菌之一.由于该菌对多数抗生素不敏感 ,呈现明显的固有耐药 ,即使对原为敏感的抗生素也容易产生耐药性 ,因此该菌在临床抗感染治疗中有着特殊重要的地位.喹诺酮类 (quinolones)药物以环丙沙星 (ciprofloxacin,C IP)为代表 ,因其良好的药代动力学特点,强大的杀菌活性被广泛用于临床铜绿假单胞菌感染的治疗.但随着该类药物的大量使用 ,临床上对其耐药的铜绿假单胞菌逐渐
10、增多 ,给治疗带来极大的困难.铜绿假单胞菌的耐药机制较为复杂 ,大量的研究表明 :细菌编码喹诺酮类药物作用靶位的 DNA 促旋酶和拓扑异构酶 IV 的基因突变是细菌对喹诺酮类药物的主要耐药机制之一1.近年来的研究发现 ,铜绿假单胞菌内存在着外排多种物质的主动外排系统 ,在多药耐药性 (m ultidrug resistance,M DR )中起着极其重要的作用2.同时也有研究显示 :调节主动外排系统的 m exR,nfxB 基因突变仅出现在 gyrA 或 parC基因突变的基础上 ,进而导致铜绿假单胞菌的高度耐药3.碳 酰 氰 基 2 对 2 氯 苯 腙 (Carbonyl Cyarude23
11、2chlorophcnylhydrazone,CCCP)是最典型的质子泵抑制剂 ,是一种抑制质子运转的解偶联剂 ,它通过抑制主动外排系统能量来源的质子浓度梯度 ,从而破坏主动外排系统外排药物的作用 ,能显着降低耐药菌对药物的最 小 抑 菌 浓 度 (m inim al inhibitory concentration,M IC),是检测主动外排系统存在的重要试剂4.本文利用 CCCP 对 C IP 耐药的铜绿假单胞菌M IC的这种逆转作用 ,将 97 株 C IP 耐药菌分为主动外排阳性组,阴性组 ,并对其 gyrA,parC 基因进行PCR 2RFLP分析 ,通过对比两组结果 ,了解主动外排
12、系统表达上调,抗菌药物作用靶位的改变这两种耐药机制在临床分离耐药株中的地位以及两者的关系.1 材料与方法1.1 菌株来源及鉴定 97 株 C IP 耐药的铜绿假单胞菌均为广州医学院第一附属医院,中山大学附属第二医院,广州市第一人民医院住院及门诊临床分离的菌株 ,经法国 B ioM rieux 公司 V ITEK22 全自动细菌鉴定药敏分析系统鉴定 ,且环丙沙星 M IC 4g/m l.质控菌株为铜绿假单胞菌 A TCC 27853.1.2 主要试剂与仪器 M H 琼脂粉 (O xiod 公司 ),C IP(广州南新制药厂 ),CCCP (Sigm a 公司 ),基因组DNA 提取试剂盒 (北京
13、赛百盛基因技术有限公司 ),引131中国微生态学杂志 2008 年 4 月第 20 卷第 2 期物 (上海英骏生物技术公司合成 ),Taq 酶 (TaKaRa 公司 ),Sac酶 (TaKaRa 公司 ),H inf酶 (TaKaRa 公司 ).主要仪器 :恒温摇床 (上海离心机械所 ),台式高速离心机 (Sigm a 公司 ),PCR 扩增仪 (B iom etra 公司 ).1.3 主动外排阳性株和阴性株的筛选 参照 CLSI(C linicaland Laboratory Standards Institute 2005)方法 ,采用二倍琼脂稀释法测定各 C IP 耐药临床分离菌株的 M
14、 IC.分别制备含不同浓度单纯 C IP 和同时含有不同浓度 C IP,20 m g/m lCCCP 的两组 M H 琼脂平板.菌液以比浊仪调整浓度至 0.5 麦氏浊度 ,再用生理盐水稀释 10 倍 ,以接种量 104CFU /m l接种于上述两组 M H 平板上 ,35 孵育 18 h 观察结果.结果判断按 CL IS 2005 年标准 ,并以 A TCC 27853 进行质量控制.两组 M IC 差异有显着性者判定为主动外排阳性菌 ,差异无显着性者为主动外排阴性菌.1.4 DNA 提取和聚合酶链式反应 (polym erase chainreaction,PCR )1.4.1 基因组 DN
15、A 的提取 挑取哥伦比亚琼脂上分离培养的单个菌落于 LB 培养基中 ,置 37 恒温摇床中培养 1820 h,取 1.5 m l 菌液离心收集菌体 ,然后按细菌 DNA 提取试剂盒说明书的操作步骤提取铜绿假单胞菌染色体 DNA.DNA 储存于 TE 缓冲液中 , -20 保存备用.取 4l 经 1.5% 琼脂糖凝胶电泳检测 ,紫外灯下观察结果.1.4.2 PCR 扩增目标基因片段 根据文献 5 及GenB ank上提供的序列资料 ,分别以铜绿假单胞菌的野生型标准株 PA 01 的 gyrA (GenB ank accession num 2ber L29417 ), parC ( GenB a
16、nk accession num berAB003428)基因序列为靶序列 ,以 DNA M AN 软件辅助设计扩增铜绿假单胞菌 类拓扑异构酶 gyrA,parC基因喹诺酮类耐药决定区 (quinolone resistantdeter2m ining region,QRDR )片段的 PCR 引物.引物 gyrA 2F: 52CCGTGTGCTTTA TGCCA TGA G23, gyrA 2R: 52GA TACCGCTGGAACCGTTGAC23, 片 段 大 小 为384 bp; parC 2F: 52TCGA TCTGA GCCTGGAA G23,parC 2R:52CTCGGTA
17、TAACGCA TGGC23,片段大小为374 bp.PCR 反应条件 :94 预变性 4 m in,94 变性 30 s,52 (gyrA )/55 (parC )退火 30 s,72 延伸 1 m in,72 延 伸 10 m in,35 个 循 环.产 物 于-20 保存.1.4.3 PCR 产物的检测与鉴定 取 PCR 产物 5l,加上样缓冲液 1l,于 1.5% 琼脂糖 (含 EB )凝胶中电泳 ,100 V 30 m in,紫外灯下观察结果 ,证实扩增片段大小.1.5 限制性片断长度多态性分析 (restriction frag2m entlength polym orphism
18、,RFLP)1.5.1 gyrA 基因片段 Sac酶切分析 PCR 产物10l,加入 Sac内切酶 0.5l,10 S B uffer2l,B SA 2l,ddH2O 5.5l 置 37 水浴箱反应过夜 ,取产物 20l 经 3% 琼脂糖电泳 ,紫外灯下观察结果.1.5.2 parC 基因片段 H inf酶切分析 PCR 产物10l,加入 H inf内切酶 0.5l,10 S B uffer2l,ddH2O 7.5l 置 37 水浴箱反应过夜 ,取产物 20l经 3% 琼脂糖电泳 ,紫外灯下观察结果.2 结果2.1 C IP耐药 Pa 的 M IC 结果 (琼脂稀释法 ) 97 株临床分离的
19、C IP 耐药菌中 ,有 23% (22/97)的菌株为高水平耐药菌 (M IC 在 64512g/m l);有 34%(33/97)的 菌 株 为 中 水 平 耐 药 菌 (M IC 在 16 32g/m l);有 43% (42/97)的菌株为低水平耐药菌(M IC在 48g/m l).2.2 主动外排阳性株和阴性株筛选结果 根据菌株M IC是否能被质子泵抑制剂 CCCP 所逆转 ,对临床分离的 C IP 耐药菌进行主动外排阳性株和阴性株的筛选.在 97 株菌中 ,有 57% (55/97)的菌株受 CCCP作用时其 M IC 值有所下降 ,为主动外排阳性株 ;有43% (42/97)的菌
20、株受 CCCP 作用时 M IC 值无变化 ,为主动外排阴性株.见表 1.2.3 C IP耐药 Pa 的 gyrA 和 parC 基因突变情况(PCR 2RFLP结果 ) gyrA 基因 83 位密码子未发生突变时 ,其 PCR 产物经 Sac酶切后出现 110 bp 和274 bp两个片段 ,当该酶切位点发生突变时 ,则酶切后只出现 1 个 384 bp 的片段 ,见图 1. parC 基因 87位密码子未发生突变时 ,其 PCR 产物经 H inf酶切后出现 66 bp,131 bp 和 177 bp 三个片段 ,当其中一个酶切位点发生突变时 ,则酶切后出现 177 bp 和197 bp两
21、个片段 ,见图 2,图 3.第 1 泳道 M arker(DL2000),第 26 泳道 Sac酶切产物(其中第 2,4,5 泳道为 83 位密码子无点突变,可被酶切开的产物 ,第 3,6 泳道为 83 位密码子点突变,未被切开产物 )图 1 gyrA 基因 Sac酶切产物的琼脂糖电泳图第 6 泳道 H inf酶切产物 ,第 5 泳道 M arker(DL2000),第 14 泳道 parC 基因的 PCR 产物 其中第 1,2 泳道为 87 位密码子点突变,未被酶切开的产物 (该电泳条带看似一条 ,实际由两条距离很近的条带组成 ,通过聚丙烯酰胺电泳可将其分开 ,见图 3),第 3,4 泳道为
22、 87 位密码子无点突变,可被酶切开的产物 图 2 parC 基因 H inf酶切产物的琼脂糖电泳图231 Chinese JournalofM icroecology,April2008,Vol120 No12第 1 泳道 M arker(DL2000),第 2,3,4,5 泳道 H inf酶切产物第 87 位密码子点突变,酶切后仅出现 2 个片段 (正常应出现3个片段 ),第 6 泳道 parC 基因的 PCR 产物图 3 parC 基因 H inf酶切产物的聚丙烯酰胺电泳图97株临床分离的 C IP 耐药菌中 ,发生 gyrA 和(或 )parC 基因突变的共有 69 株 ,占 71%
23、(69/97),其中 发 生 gyrA 和 parC 双 基 因 突 变 的 占 35%(24/69);仅发生 gyrA 单基因突变的占 65% (45/69);未发现 parC 单基因突变株.见表 1.2.4 CCCP对 C IP 耐药 Pa 主动外排阳性株 M IC 的逆转情况 55 株外排阳性菌株在加入 CCCP 作用时 ,高,中,低耐药水平的菌株 M IC50,M IC90 均下降 24 倍.见表 2.2.5 主动外排阳性株,阴性株 gyrA,parC 基因突变情况的比较 主动外排阳性组中 ,38 株菌发生 gyrA和 (或 )parC 基因突变 ,占 69% .其中双基因突变的有 1
24、4 株 ,占突变株的 25% ,gyrA 单基因突变的有 24株 ,占突变株的 44% .主动外排阴性组中 ,31 株菌发生 gyrA 和 (或 )parC 基因突变 ,占 74% .其中双基因突变的有 10 株 ,占突变株的 24% ,gyrA 单基因突变的有 21 株 ,占突变株的 50% .采用 2检验分析两组菌株高,中,低耐药水平突变数及总突变数 ,其 P 值均大于 0.05,结果显示主动外排阳性组与阴性组 gyrA,parC 基因突变情况差异无显着性.见表 3.表 1 97 株临床分离菌株主动外排和基因突变情况耐药水平3菌株数主动外排阳性 (% ) 阴性基因突变情况gyrA + pa
25、rC双突变gyrA单突变parC单突变高 22 14(63.6) 8 17(77.3) 3 0中 33 19(57.6) 14 6(18.2) 23 0低 42 22(52.4) 20 1(2.4) 19 0合计 97 55(57.0) 42 24(24.7) 45 0注:3高水平耐药指 M IC 在 64512g/m l,中水平耐药指 M IC 在 1632g/m l,低水平耐药指 M IC 在 48g/m l.表中数字为菌株数.表 2 主动外排阳性组与阴性组最小抑菌浓度比较及 CCCP对主动外排阳性菌株的逆转作用 (单位 :g/m l)耐药水平3主动外排阳性组C IPM IC50 M IC
26、90C IP +CCCPM IC50 M IC90主动外排阴性组M IC50 M IC90高 128 512 64 128 64 256 中 32 32 8 16 32 32低 8 8 4 4 8 8合计 16 128 8 64 16 64注 :3高水平耐药指 M IC 在 64512g/m l,中水平耐药指 M IC 在 1632g/m l,低水平耐药指 M IC 在 48g/m l.表 3 主动外排阳性组与阴性组 gyrA,parC 基因突变情况的比较 (单位 :株 )耐药水平3 主动外排阳性组总株数 基因突变株数 (% )主动外排阴性组总株数 基因突变株数 (% ) P 值高 14 14
27、(100) 8 6(75) 0.05中 19 16(84) 14 13(93) 0.05低 22 8(36) 20 12(60) 0.05合计 55 38(69) 42 31(74) 0.05注 :3高水平耐药指 M IC 在 64512g/m l,中水平耐药指 M IC 在 1632g/m l,低水平耐药指 M IC 在 48g/m l.3 讨论许多研究表明铜绿假单胞菌细胞膜上的许多蛋白具有将抗菌药物主动排出菌体外的作用 ,并与其细胞外膜的低通透性协同作用 ,导致铜绿假单胞菌固有多重耐药6.到目前为止共报道了七类铜绿假单胞菌的主动外排系统 ,已知有五类可以喹诺酮类药物为转运底物 :M exA
28、B 2OprM ,M exCD 2OprJ,M exEF2OprN,M exXY2OprM ,M exW V 2OprM7.一般认为 ,仅有 M ex2AB 2OprM 广泛存在于野生菌株中 ,与外膜低通透性一起决定了该菌天然的多重耐药性6.CCCP是典型的质子泵抑制剂 ,是一种抑制质子运转的解偶联剂 ,它通过抑制主动外排系统能量来源的质子浓度梯度 ,从而破坏主动外排系统外排药物的作用 ,能显着降低耐药菌对药物的 M IC,成为判断主动外排系统存在的重要标志4.从表 2 可见 ,97 株临床分离的 C IP 耐药 Pa 中 ,有55株菌的 M IC 可被 CCCP 逆转 ,占半数以上.在加入C
29、CCP作用时 ,高,中,低耐药水平的菌株 M IC50,M IC90均有不同程度的下降 ,其中高,中水平耐药者 M IC 下降更为明显.说明本地区临床分离的 C IP 耐药铜绿假单胞菌中有半数以上菌株的 M IC 可被 CCCP 所逆转 ,提示在本地区临床分离的 C IP 耐药铜绿假单胞菌中较普遍存在着主动外排耐药机制.从表 1 的结果可以看出 ,随着菌株对 C IP 耐药水平的增加 ,其主动外排的发生率也升高 ;而且从表 2 可以发现 ,在主动外排阳性组和阴性组 ,两者 M IC50 相同 ,但主动外排阳331中国微生态学杂志 2008 年 4 月第 20 卷第 2 期性组 M IC90 高
30、于阴性组一倍 ,提示主动外排系统外排药物是本地区临床分离的铜绿假单胞菌对 C IP 耐药 ,尤其是中,高水平耐药的重要机制.这也提示临床医生 ,在进行 C IP 耐药 Pa 的抗感染治疗时 ,联合使用外排泵抑制剂可能提高抗生素的抗菌活性.大量的研究表明 :细菌编码喹诺酮类药物作用靶位的 DNA 促旋酶和拓扑异构酶 IV 的基因突变 ,改变了酶的结构 ,使药物不能与酶 2DNA 复合物稳定结合是细菌对喹诺酮类药物的主要耐药机制之一1.DNA 促旋酶是由 2 个 A 亚基和 2 个 B 亚基组成 ,分别由 gyrA 和 gyrB 基因编码 ;拓扑异构酶 由 2 个C亚基和 2 个 E 亚基组成 ,
31、分别由 parC 和 parE 基因编码.DNA 促旋酶中 gyrA 基因突变 ,或 型拓扑异构酶中 parC 基因突变 ,使铜绿假单胞菌对喹诺酮类药物耐药1.我们的实验显示 ,临床分离的 97 株 C IP耐药 Pa 中 ,69 株发生了 gyrA 基因突变 (主要是 gyrA基因 83 位密码子突变 ),突变率高达 71% ;其中 24 株是 parC 基因突变株 (主要是 parC 基因 87 位密码子突变 ),parC 基因突变株均合并有 gyrA 基因突变 ,未发现 parC 基因单突变的菌株 ,而且从表 1 可以看出 ,随着菌株对 C IP 耐药水平的增加 ,双基因突变的发生率也显
32、着增加.说明 C IP 作用靶位的基因突变 ,尤其是编码 DNA 促旋酶的 gyrA 基因突变 ,是本地区铜绿假单胞菌对 C IP 产生耐药的主要机制之一 ,而 parC 基因突变是在 gyrA 基因突变的基础上发生的 ,其出现进一步加重了铜绿假单胞菌对 C IP 耐药程度.有研究显示 :调节主动外排系统的 m exR,nfxB 基因突变仅出现在 gyrA 或 parC 基因突变的基础上 ,进而导致铜绿假单胞菌的高度耐药3.但从我们的实验结果看 (表 3),主动外排阳性和阴性两组菌株高,中,低耐药水平的 gyrA 或 parC 基因突变数及总突变数 ,其 P 值均大于 0.05,差异无显着性.
33、提示在本地区临床分离的 C IP 耐药 Pa 中 ,主动外排阳性组与阴性组 gyrA 和 (或 )parC 基因突变情况差异无显着性 ,主动外排系统外排药物作用与抗菌药物作用靶位的改变两种机制 ,在引起铜绿假单胞菌对 C IP 耐药方面可能是共同作用或分别单独起作用 ,具体有待进一步的深入研究.【参考文献 】1M AC GOW AN A P,BOW KER K E.M echanism offluoroquinolone re2sistance isan im portantfactorin determ ining the antim icrobialeffectofgem ifloxaci
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38、加.NO 为气体自由基 ,引起野生型 p53 基因发生突变.而 p53 基因突变 ,失去了对 hTERT 的转录活性的抑制 ,hTERT 蛋白表达增加19,使端粒酶活化 ,导致乳腺癌发生.【参考文献 】1VO KA ER A.V irusesand m amm ary carcinogenesisJ.J Gym ecolO b2sterB iolReprod Paris,1975,4(suppl2):1992205.2BAND V ,ZAJCHOW SK ID ,KULETA V ,etal.H um an papillom avirusDNA s imm ortalize norm alhu
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