关键词:
弯曲菌
fexA
流行病学
耐药性
IS1216
摘要:
弯曲菌,尤其是空肠弯曲菌(Campylobacter jejuni,***)和结肠弯曲菌(Campylobacter coli,***),是全世界细菌性腹泻疾病最常见的原因之一。家禽等动物是弯曲菌的重要宿主,因此在食用动物中大量使用抗生素,将使得弯曲菌经常暴露在各种兽用抗生素中,并进化出多种抗生素耐药机制。2020年,研究首次在弯曲菌中报道了氟苯尼考耐药基因fexA,该基因常常与可移动遗传元件和多重耐药基因岛(multidrug resistance genomic islands,MDRGIs)相关联,造成fexA和其他临床重要抗生素耐药基因的共同转移,弯曲菌耐药性也愈发严重。然而,当前关于fexA阳性弯曲菌的流行及传播情况只有零星报道,缺少系统的调查和研究。由于本实验室早期已经进行大量的采样工作,积累了许多不同来源的空肠弯曲菌和结肠弯曲菌分离株,因此,本研究对实验室2008-2019年在华东地区分离的动物、人及环境来源的弯曲菌进行fexA基因的分子流行病学调查,并在此基础上进一步探究fexA基因的传播机制及其传播的可能来源。本研究在从山东、江苏、上海和安徽地区分离到的2721株弯曲菌中共检测到69株fexA阳性弯曲菌,包括13(0.85%,13/1527)株空肠弯曲菌和56(4.70%,56/1194)株结肠弯曲菌。其中,fexA阳性菌株最早是在2010年被检测到,且fexA阳性率在2019年呈现显著上升趋势,达17.24%。从菌株分离的不同地区来看,山东省分离的菌株中,fexA阳性率为12.56%,远高于其他三个地区(0-2.99%)。从菌株分离的不同宿主来看,鸡源弯曲菌的阳性率最高(3.82%,61/1595),其次是环境源(2.86%,3/105)、鹅源(0.98%,2/204)和鸭源(1.02%,2/197)弯曲菌,而在人源及猪源弯曲菌中并未检测到fexA阳性菌株。这些结果表明虽然fexA基因已经在动物及环境源弯曲菌中发生广泛传播,但目前还尚未有在人源弯曲菌中传播的现象。对这69株fexA阳性菌株进行耐药表型测定,发现这些菌株同时对氟苯尼考、环丙沙星、红霉素及四环素产生抗性,多重耐药现象十分严峻,且多重耐药主要集中在7耐(71.01%,49/69)。进一步分析fexA阳性弯曲菌携带耐药基因的情况,发现在这69株菌中共检测到17种耐药机制,包括15种获得性耐药机制和2种基因突变。其中,四环素耐药基因tet(L)和与环丙沙星抗性有关的gyrA T86I点突变在69株fexA阳性菌株中均有分布,这与菌株的耐药表型相一致。此外,我们也对fexA阳性菌株的遗传进化特征进行分析,结果显示这些菌株属于14种不同的ST型,其中,ST10086(12/22,54.55%)是fexA阳性空肠弯曲菌中最流行的 ST 型,ST860(23/61,37.70%)和 ST830(20/61,32.79%)是fexA阳性结肠弯曲菌中最主要的类型。同样地,SNP系统发育树分析也呈相似的分型结果,表明克隆传播是fexA在不同来源弯曲菌间传播的重要方式。进一步通过RAST基因注释分析fexA的基因环境,发现fexA基因能够与其他抗生素耐药基因一起共定位在不同的MDRGIs上,这些MDRGIs都是插入到弯曲菌基因组的同一位点tgh102基因上。此外,我们发现遗传结构IS1216-hp-fexA-hp-ΔISEfa11-IS1216在fexA基因传播的过程中十分稳定,推测IS1216可能与fexA在弯曲菌中的传播有关。为进一步验证IS1216介导fexA基因传播的功能,我们率先通过反向PCR发现IS1216可以通过重组形成携带fexA的环状中间体,随后通过构建重组自杀质粒和接合转移实验证实IS1216能够发挥转座功能介导fexA在大肠杆菌中的转移,自然转化实验也表明IS1216能和fexA一起在弯曲菌中发生转移。最后,为了探究弯曲菌中fexA基因的可能来源,本研究对nt数据库进行fexA及IS1216检索,最终检索到254个基因组携带fexA基因,其中肠球菌所占比例最大,有128(50.39%)个;同样地,在携带有IS1216的1817个细菌基因组中,有1362(73.71%)个为肠球菌基因组。进一步具体比较粪肠球菌和弯曲菌基因组中fexA和IS1216的阳性率,发现IS1216阳性率较高的粪肠球菌,其fexA基因的阳性率(2.50%,201/8040)也是显著高于空肠弯曲菌(0.02%,11/51877)和结肠弯曲菌(0.04%,10/22237),说明IS12169在细菌基因组上的整合可能有利于fexA基因的获得。由于数据库中的fexA基因与IS1216都主要分布在肠球菌基因组中,且IS1216的GC含量接近肠球菌基因组GC含量(~3