细菌耐药机制huishippt课件.ppt

细菌耐药机制研究进展 1 2 3 一 外膜孔蛋白减少或丢失 细胞内抗生素浓度降低膜孔蛋白 OprD 4 细胞外膜上的某些特殊蛋白是一种非特异性的 跨越细胞膜的水溶性物质扩散通道 膜孔蛋白 5 革兰阴性细菌细胞膜 6 某些细菌本身存在的膜孔蛋白较少或蛋白通道较小 使一些抗菌药物不能进入菌体内部 称为 内在性耐药 或 固有性耐药 intrinsicallyresistant 即这种耐药并非是由于任何染色体的突变或是耐药质粒的获得所致 如铜绿假单胞菌的细胞外膜上没有大多数革兰阴性细菌所具有的典型的高渗透性孔蛋白 它的孔蛋白通道对小分子物质的渗透速度仅为典型孔蛋白通道的1 先天不足 7 一些具有高渗透性外膜且对抗菌药物敏感的细菌可以通过降低外膜的渗透性而发展成为耐药菌 即原有的孔蛋白通道由于细菌发生突变而使该孔蛋白通道关闭或消失 则细菌就会对该抗菌药物产生很高的耐药性 亚胺培南是一种非典型的 内酰胺类抗菌药物 主要是通过一个特殊的孔蛋白通道OprD2的扩散进入细菌的 一旦这一孔蛋白通道消失 则产生耐药性 后天获得 8 产气肠杆菌从亚胺培能敏感株变为耐药株 9 亚胺培南敏感及耐药的产气肠杆菌PFGE图 C1C2 亚胺培南敏感C3C4 亚胺培南耐药 10 亚胺培南敏感及耐药的产气肠杆菌SDS图 C1C2 亚胺培南敏感C3C4 亚胺培南耐药 11 PCR扩增Omp36全长及序列分析 IS90398 约1000bp 12 插入序列引起OprD2缺失 铜绿 13 细菌产生一种或多种水解酶或钝化酶来水解或修饰进入细胞内的抗菌药物 使之到达靶位之前失去活性细菌产生的灭活酶主要有 内酰胺酶氨基糖苷类钝化酶氯霉素乙酰转移酶MLS钝化酶 二 产生灭活酶 14 内酰胺酶 临床上最重要的 内酰胺酶 15 是质粒介导的能够水解头孢他啶 头孢噻肟等亚氨基 内酰胺类及氨曲南等单环酰胺类抗生素 并可被克拉维酸等 内酰胺酶抑制剂所抑制的一类 内酰胺酶 ESBLs在分子生物学分类中属于A类酶 在Bush分类中属于2be类酶 超广谱 内酰胺酶 extended spectrum lactamases ESBLs 16 ESBLs的分类 根据基因同源性不同分为 TEM型80SHV型46CTX M型37OXA型18其它型20 lahey org studies webt htm CTX M 1组CTX M 2组CTX M 8组CTX M 9组 17 中国400株大肠埃希菌和肺炎克雷伯菌的基因型分布 18 32家医院1994 2003年大肠杆菌及肺炎克雷伯菌产ESBLs百分率 19 头孢菌素酶 大部分肠杆菌科细菌如肠杆菌属菌种 弗劳地枸橼酸杆菌 摩根摩根菌 普鲁菲登菌属菌种粘质沙雷菌等都能产生染色体介导的AmpC酶 20 阴沟肠杆菌 21 ACT 1 DHA 1 CMY Peking DHA 1 CIT ACT 1 Shanghai DHA 1 Zhejiang DHA 1 ACT 1 GuangZhou DHA 1isThePredominantTypeinChina MapofChina 22 克隆片段 PCR产物1100bp 共6432bp ORF1 ORF2 ORF3 ORF4 ORF5 ORF6 IS26 orf 1 DHA 1ampRqacE 1sul1 5232bp 23 指所有能明显水解亚胺培南或美罗培南等碳青霉烯类抗生素的一类 内酰胺酶分别属于Ambler分子分类中的A类 B类 D类酶 碳青霉烯酶 24 天然来源碳青霉烯酶嗜麦芽寡养单胞菌的L1酶获得性碳青霉烯酶 Ambler分子分类 B类酶 金属酶 IMP VIM类及SPM 1A类酶 NMC A KPC 1 GES 2等D类酶 OXA 23至OXA 27 40 48 54 碳青霉烯酶按其来源可分为 25 金属酶 染色体编码的金属酶 BC L1 TUS 1 MUS 1 Sfh 1 Mbl1b 大多来源于环境寄生菌 获得性金属酶 IMPVIMSPMGIM 1SIM 1 位于可转移的基因元件上 造成区域性传播 26 IMP型金属酶 IMP型金属酶GenBank上已公布21种 比较它们相互之间的序列表明 IMP型金属酶大致可以分为两组 1 IMP 1 IMP3 7 IMP9 11 IMP 162 IMP 2和IMP 8 12 13 19 20 27 中国 IMP 42001年香港鲍曼2001年广州杨格枸橼酸杆菌 铜绿IMP 12004年12月江苏无锡铜绿IMP 82001台湾铜绿 28 VIM型金属酶 VIM型金属酶与IMP类金属酶同源性 40 但两类金属酶的动力学性质相似 编码基因都位于整合子上 目前VIM型金属酶GenBank上已公布12种 比较它们相互之间的序列可将VIM金属酶大致分为三组 1 VIM 1 4 5 11a2 VIM 2 3 6 8 9 10 11b3 VIM 7 29 VIM型金属酶分布 VIM 11999年意大利铜绿氧化木糖产碱杆菌恶臭假单胞2003 2004希腊大肠肺克法国肺克VIM 22000法国铜绿意大利希腊日本韩国葡萄牙西班牙波兰克罗地亚智利阿根廷美国中国VIM 32001年台湾地区铜绿VIM 42002年希腊铜绿2003瑞典铜绿2004意大利肺克阴沟2004波兰铜绿 30 VIM 52004土耳其肺克铜绿VIM 62004新加坡恶臭假单胞VIM 72004美国铜绿VIM 8哥伦比亚铜绿VIM 9 10英国VIM 11阿根廷意大利 VIM型金属酶分布 31 亚胺培南耐药铜绿假单胞菌金属酶检测结果 32 VIM 2基因整合子结构图 A B2 B3 B28 H19 H26 H54 G4结构同In72B S5 S9 S10 S11 S12 S15 H22除外 AB 33 H22H26g4s5s9s10s11s12s15b2b3b28w19w54Marker 50kb A B H22H26g4s5s9s10s11s12s15b2b3b28w19w54Marker PFGE谱分析结果 共有七种类型 来自上海的六株为同一类型 来自北京的三株分两个类型 来自杭州的四株同样也分两个类型 各地区之间的类型各不相同 反复尝试通过接合试验及质粒抽提物电转化传递金属酶基因均未获成功 经XbaI内切酶消化的染色体PFGE与VIM 2探针杂交显示其中10株铜绿假单胞菌50 kb大小的酶切片段杂交阳性 而其余3株 H22 H26 B2 没有阳性片段 34 类酶包括阴沟肠杆菌 粘质沙雷菌中由染色体介导的NMC A Sme 1 Sme 3 IMI 1酶 以及肺炎克雷伯菌中质粒介导的KPC 1 4酶 铜绿假单胞菌中质粒介导的GES 2酶 碳青霉烯类抗生素水解酶 35 二株产IMI 1阴沟肠杆菌PFGE结果 36 Ecloacae8 EC600 E coliC600E8 E colipT103和E coliDH5 对抗菌药物的体外抗菌活性 37 阴沟肠杆菌 接合菌质粒电泳图谱 M1ABM2 54kb 15kb 38 SchematicrepresentationoftheclonedE coR fragment IS903 IMI 2 Imi 2R IS903 IS2 903bp921bp882bp876bp921bp 10629bp GenBankaccessionnumber AY780889 Imi R与ImiR同源性为97 IMI 2与IMI 1同源性99 仅在37位由天冬氨酸 天冬酰胺 106位由组氨酸 酪氨酸 39 多重耐药肺炎克雷伯菌 40 转化试验 抽提亚胺培南耐药的肺炎克雷伯菌质粒转化DH5 在含1 g ml的亚胺培南的MH平板上筛选成功筛选到亚胺培南耐药的转化菌 转化质粒约60kb 染色体带 61kb 41 PCR PCR筛选 内酰胺酶耐药基因包括TEM 1 SHV CTX M 1 CTX M 9 OXA 48 VIM OXA 10和KPC 1以肺炎克雷伯菌质粒DNA为模板PCR阳性为TEM SHV和KPC转化菌和克隆菌只有KPC阳性PCR产物测序分别为TEM 1 SHV 12和KPC 2 42 转化菌质粒 亚胺培南耐药基因克隆 EcoR Hind Nhe 等 酶切 Nhe pTeasyVector pTeasyVector 1 5kb 在含亚胺培南1 g mlMH平板筛选 43 克隆片段测序 对重组质粒的插入片段进行步移测序 获得1554bp核苷酸DNAssist软件分析 1个开放读码框 ORF 经GenBankBlast程序分析 该ORF与KPC 2 GenBank注册号 AY210886 的核苷酸序列同源性为100 44 D类酶 OXA酶 在Bush分群中属于2d类 对苯唑西林的水解活性很强 OXA型碳青霉烯酶对亚胺培南的水解活性较低 对头孢他啶 头孢噻肟 氨曲南水解活性也很弱 除OXA 23外 其它酶能被三唑巴坦 克拉维酸抑制 OXA型碳青霉烯酶编码基因可位于质粒或染色体上 或定位在I型整合子基因盒中 具备向其他菌种转移的能力 碳青霉烯类抗生素水解酶 45 blaOXA 23 like blaOXA 51 like是我国鲍曼不动杆菌最主要的碳青霉烯酶 ISAba1与OXA基因的表达和转移密切相关 342株亚胺培南耐药鲍曼不动杆菌中339株检测到至少一种OXA基因 303株检测到OXA 23 like和OXA 51 like基因 22株只检测到OXA 23 like基因 17株只检测到OXA 51 like基因 其中在313株菌株的OXA 23 like基因上游34bp处检测到ISAba1 在13株菌株的OXA 51 like基因上游7bp处检测到ISAba1 46 氨基糖苷类钝化酶分为 磷酸转移酶 APH 乙酰转移酶 AAC 核苷转移酶 ANT 氨基糖苷类钝化酶作用机制 三者分别使抗生素的羟基磷酸化 氨基乙酰化和羟基核苷化 使之不能再与细菌核糖体结合 氨基糖苷类耐药 47 庆大霉素高水平耐药 HLGR 主要的耐药机制氨基糖苷类修饰酶耐药基因百分率AAC 6 Ie APH 2 Iaaac 6 Ie aph 2 Ia 90 APH 2 Icaph 2 IcAPH 2 Idaph 2 IdAPH 2 Ibaph 2 Ib 10 氨基糖苷类耐药 48 8 724bp ORF1 ORF2 ORF4 ORF3 5 3 ISEcp1 tnpA aph Ie repD str部分序列 一种新的质粒介导的肠球菌氨基糖苷类耐药基因aph 2 Ie 49 三 靶位改变 50 主要抗菌药物作用靶位 内酰胺类青霉素结合蛋白 PBP 氨基糖苷类核糖体30S亚基大环内酯类核糖体50S亚基氟喹诺酮类DNA旋转酶 拓扑异构酶 拓扑异构酶 糖肽类D 丙氨酰D 丙氨酸四环素类核糖体50S亚基 51 PBP2a的作用 PBP2a与 内酰胺抗生素亲和力低 替代正常PBP功能87Kda PBP1 80 PBP2 78 PBP2a75 PBP3 70 PBP3 41 PBP4 52 53 54 DR IR IR DR SCCmec SCCmec 55 56 I V型 57 VS HA MRSA CA MRSA 高耐药性较低阴性PVL阳性I II IIISCCmecIV V 58 金葡菌耐药性的发展历程 S aureus Penicillin resistantS aureus Methicillin resistantS aureus MRSA Penicillin Methicillin Vancomycin resistantenterococcus VRE Vancomycin glycopeptide Intermediate ResistantS Aureus VISA GISA Vancomycin ResistantS Aureus VRSA Vancomycin 1940 1960s 1990s 1996 Superbugs 2002 59 氟喹喏酮的耐药机理 拓扑异构酶IV parC parE 拓扑异构酶II gyrA gyrB 氟喹喏酮 60 糖肽类抗生素包括万古霉素 替考拉宁等 是高分子量的疏水性化合物 主要耐药机制 VRE的细胞壁肽糖前体末端的D 丙氨酰 D 丙氨酸发生了改变 万古霉素不能与之相结合 因此不能抑制VRE的细胞壁合成 耐万古霉素的肠球菌 VRE 61 transposase resolvase vanR vanS vanH vanA vanX 6590bp ZY02 HS3 表示PCR扩增 vanY vanZ 10Kb ZY01 转座功能 转座酶transposase基因和解离酶revolsase基因 分别编码产生转座酶和解离酶在转座过程中发挥作用 调控耐药基因 VanR和VanS 产生耐糖肽类的缩肽 VanH脱氢酶 VanA连接酶和VanX二肽酶 辅助蛋白 VanY和VanZ 含VanA基因簇的转座子转座入各种质粒 或通过接合转座导致VRE耐药性的传播 62 大环内酯类的耐药机制 核糖体靶位点的改变 erm编码 高耐 法国 西班牙 中国主动外排泵 mef编码 低耐 加拿大 美国 修饰酶 63 16SrRNA甲基化酶 氨基糖苷类抗生素作用位点 细菌16SrRNA以往认为最重要的氨基糖苷类抗生素耐药机制 修饰酶 作用位点在药物 引起一种或几种药物耐药2002最新发现一类新的氨基糖苷类抗生素耐药机制 16SrRNA甲基化酶 引起药物作用位点的甲基化 导致细菌对所有氨基糖苷类抗生素高水平耐药 目前发现4种 armA rmtA rmtB rmtC多重耐药鲍曼不动杆菌在我国各省市广泛流行 该菌对氨基糖苷类抗生素耐药率和耐药水平高16SrRNA甲基化酶是否在介导该菌对氨基糖苷类抗生素耐药中发挥作用需要系统研究 64 700株鲍曼不动杆菌对5种氨基糖苷类抗生素体外抗菌活性 5种氨基糖苷类抗生素耐药率均大于60 377株 53 9 菌株对5种氨基糖苷类抗生素均耐药 334株 47 7 菌株armA阳性 armA阳性菌株对上述所有氨基糖苷类抗生素均高水平耐药 MIC 256mg L 反复进行接合实验 质粒抽提 电转化均未成功 Southern blot杂交证实armA基因位于克隆A B C约220kb 300kb 220kb大小的染色体ApaI酶切条带上 armA基因定位于鲍曼不动杆菌染色体 65 四 主动外运 有些抗菌药物 常见的如四环素类及喹诺酮类 能诱导细菌的主动外运 抗菌药物难以在细菌内积累到有效浓度 造成对抗菌药物耐药程度的普遍提高 66 外排泵的结构 外排系统由3个部分组成 位于内膜的肿瘤耐药分化家族 resistant nodulation divisionfamily RND 的质膜转运体内外膜之间的膜周连接蛋白或膜融合蛋白 MFP 位于外膜的孔道形成蛋白 0EP 67 组间外排泵表达量均值比较 68 是指细菌粘附于固体或有机腔道表面 形成微菌落 并分泌细胞外多糖蛋白复合物将自身包裹其中而形成的膜状物 其生化组成为藻酸盐多糖和蛋白复合物 菌膜可阻止巨噬细胞 抗体 药物作用于菌体 五 细菌生物被膜 Biofilm 69 生物被膜 70 细菌形成生物被膜后 往往对抗菌药物产生高度耐药性 原因有细菌生物被膜可减少抗菌药物渗透吸附抗菌药物钝化酶 促进抗菌药物水解细菌生物被膜下细菌代谢低下 对抗菌药物不敏感生物被膜的存在阻止了机体对细菌的免疫力 产生免疫逃逸现象 减弱机体免疫力与抗菌药物的协同杀菌作用 71 其他耐药机制 缺乏自溶酶替代途径酶的过量产生等靶位保护机制 72 质粒介导的喹喏酮耐药 1998年George A Jacoby等从一株肺炎克雷伯菌 UAB1 中发现能介导多种抗生素耐药的质粒pMG252 经接合传递后其接合子对环丙沙星的耐药性增加近30倍 MIC0 008 0 25 g mL 在该质粒内发现了喹诺酮耐药 quinoloneresistance 基因 命名为qnr Lancet1998 351 797 99 73 作用机制 保护DNA旋转酶Qnr通过与旋转酶特异地结合从而影响酶的内在活性 降低了酶与DNA的结合 导致喹诺酮类药物的作用靶位数量减少Q