细菌耐药的分子机制

细菌耐药分子机制2023/2/271新生儿科业务学习资料细菌耐药的分子机制1/43序言抗菌药品发觉与应用,使人类寿命最少延长了１５年。但因为人、畜抗菌药品过分使用,细菌耐药率逐年上升,细菌耐药性已成为全球关注公共卫生问题。教授预计细菌耐药在本世纪对人类生命健康威胁将不亚于艾滋病、癌症和心血管疾病。2023/2/272新生儿科业务学习资料细菌耐药的分子机制2/43现就细菌耐药分子机制作扼要介绍以下。2023/2/273新生儿科业务学习资料细菌耐药的分子机制3/43一、细菌产抗菌药品钝化酶而致耐药(一)β内酰胺酶类

1.β内酰胺酶2.金属β内酰胺酶3.质粒型头孢菌素酶(二)氨基糖苷类修饰酶(三)红霉素类钝化酶１．红霉素酯酶２．红霉素磷酸转移酶３．维及尼亚霉素酰基转移酶(四)氯霉素酰基转移酶2023/2/274新生儿科业务学习资料细菌耐药的分子机制4/43二、细菌产酶(蛋白)保护抗菌药品作用靶位而耐药(一)核糖体保护蛋白(二)红霉素甲基化酶2023/2/275新生儿科业务学习资料细菌耐药的分子机制5/43三、细菌取得功效取代蛋白(酶)而耐药(一)ＰＢＰ２’(二)连接酶:2023/2/276新生儿科业务学习资料细菌耐药的分子机制6/43四、细菌细胞膜通透性改变造成耐药2023/2/277新生儿科业务学习资料细菌耐药的分子机制7/43五、细菌主动泵出功效所致耐药(一)转运蛋白(二)外排泵2023/2/278新生儿科业务学习资料细菌耐药的分子机制8/43六、细菌抗菌药品作用靶位改变而致耐药(一)青霉素结合蛋白编码基因突变(二)ＤＮＡ盘旋酶/拓扑异构酶Ⅳ编码基因突变(三)１６ＳｒＲＮＡ、２３ＳｒＲＮＡ基因突变2023/2/279新生儿科业务学习资料细菌耐药的分子机制9/43一、细菌产抗菌药品钝化酶而致耐药

(一)β内酰胺酶类１.β内酰胺酶:β内酰胺酶最初于２０世纪６０年代发觉,主要水解青霉素类抗菌药品,由ＴＥＭ-１、ＴＥＭ-２和ＳＨＶ-１基因编码。而后因为β内酰胺类药品过分使用,细菌长久暴露于药品中,编码基因发生突变,产生能同时耐青霉素、头孢菌素Ⅰ～Ⅲ代(部分可耐头孢菌素Ⅳ代)药品,被称为超广谱β内酰胺酶(ESBLs)。2023/2/2710新生儿科业务学习资料细菌耐药的分子机制10/43当前已发觉ＥＳＢＬｓ编码基因家族除ＴＥＭ、ＳＨＶ外,还有ＣＴＸ-Ｍ、ＯＸＡ、ＰＥＲ、ＶＥＢ、ＧＥＳ／ＩＢＣ等。每个基因家族已发觉基因型有数个、数十个至百余个不等,2023/2/2711新生儿科业务学习资料细菌耐药的分子机制11/43产ＥＳＢＬｓ菌有大肠埃希菌、肺炎克雷伯菌、产酸克雷伯菌、产气肠杆菌、摩氏摩根菌、奇异变形杆菌、阴沟肠杆菌、鲍曼不动杆菌、铜绿假单胞菌等革兰阴性杆菌。2023/2/2712新生儿科业务学习资料细菌耐药的分子机制12/43２．金属β内酰胺酶:金属β内酰胺酶(MBLs)是数类以金属离子为活性中心β内酰胺酶,能水解青霉素、头孢菌素类和碳青霉烯类药品,能耐β内酰胺酶抑制剂。主要编码基因为ＩＭＰ和ＶＩＭ基因家族。产ＭＢＬｓ菌有鲍曼不动杆菌、铜绿假单胞菌和肺炎克雷伯菌。ＯＸＡ-２３至ＯＸＡ-２７基因表示产物尽管也能水解碳青霉烯类药品,但并不是ＭＢＬｓ。2023/2/2713新生儿科业务学习资料细菌耐药的分子机制13/43３．质粒型头孢菌素酶:质粒型头孢菌素酶(ｐＡｍｐＣ)能水解青霉素类、头孢菌素类和头霉素类药品。世界各地已发觉ｐＡｍｐＣ酶基因型达３０种。依据基因同源性可分５组或６组。常见有ＤＨＡ、ＭＩＲ、ＣＭＹ、ＭＯＸ、ＦＯＸ等基因型。产ｐＡｍｐＣ细菌有肺炎克雷伯菌、大肠埃希菌、奇异变形杆菌等。2023/2/2714新生儿科业务学习资料细菌耐药的分子机制14/43以上β内酰胺酶绝大多数有质粒、转座子、整合子等可移动性遗传元件介导,所以易于在同种或不一样种细菌传输。当前β内酰胺酶编码基因命名较紊乱,有以首位感染者名字命名(ＴＥＭ源自希腊一名叫Ｔｅｍｏｎｉｅｒａ病人名字)、2023/2/2715新生儿科业务学习资料细菌耐药的分子机制15/43有以较高水解能力底物(药品)命名(ＯＸＡ源自苯唑青霉素Ｏｘａｃｉｌｌｉｎ,ＣＴＸ-Ｍ源自头孢噻肟修饰能强ｃｅｆｏｔａｘｉｍｅ-ｍｏｄｉｆｉｅｄ)、有以首次发觉医院命名(ＤＨＡ源自沙特Ｄｈａｈｒａｍ医院,ＭＩＲ源自美国Ｍｉｒｉａｍ医院)等。2023/2/2716新生儿科业务学习资料细菌耐药的分子机制16/43(二)氨基糖苷类修饰酶:氨基糖苷类修饰酶(ＡＭＥｓ)可分３类:

乙酰转移酶,由ａａｃ基因家族编码;

核酸转移酶,由ａｐｈ基因家族编码;

核苷转移酶,由ａｎｔ基因家族编码(核苷转移酶曾称腺苷转移酶,由ａａｄ基因家族编码)。已发觉基因型已超出３０种。2023/2/2717新生儿科业务学习资料细菌耐药的分子机制17/43ＡＭＥｓ基因位于多数整合子上,传输快速。ＰＣＲ为ＡＭＥｓ基因灵敏、特异、快捷检测方法。2023/2/2718新生儿科业务学习资料细菌耐药的分子机制18/43(三)红霉素类钝化酶１．红霉素酯酶:肠杆菌可携带ｅｒｅＡ、ｅｒｅＢ基因表示红霉素酯酶使红霉素酯解失活,ｅｒｅＡ／ｅｒｅＢ基因由质粒介导。此酶产生菌已报道有大肠埃希菌、肺炎克雷伯菌、变形杆菌等。2023/2/2719新生儿科业务学习资料细菌耐药的分子机制19/43２．红霉素磷酸转移酶:由ｍｐｈＡ、ｍｐｈＢ、ｍｐｈＣ基因编码,其表示产物可使红霉素脱氧二甲胺己糖Ｃ-２’位置发生磷酸化或糖基化而失活。产此酶菌有肠杆菌和葡萄球菌。2023/2/2720新生儿科业务学习资料细菌耐药的分子机制20/43３．维及尼亚霉素酰基转移酶:此酶在葡萄球菌中由ｖａｔＡ、ｖａｔＢ、ｖａｔＣ编码;在肠球菌中有ｖａｔＤ、ｖａｔＥ编码。其表示产物对维及尼亚霉素活性有修饰作用。2023/2/2721新生儿科业务学习资料细菌耐药的分子机制21/43(四)氯霉素酰基转移酶:此酶由ｃａｔ基因家族编码,其表示产物修饰氯霉素使之失活。Ｇ+菌、Ｇ-菌均已发觉可产此酶。2023/2/2722新生儿科业务学习资料细菌耐药的分子机制22/43二、细菌产酶(蛋白)保护抗菌药品作用靶位而耐药2023/2/2723新生儿科业务学习资料细菌耐药的分子机制23/43(一)核糖体保护蛋白(一)核糖体保护蛋白:核糖体保护蛋白(ＲＰＰｓ)由ｔｅｔＭ基因编码,该蛋白能阻遏四环素与细菌核糖体结合,从而使药品失去作用。淋病奈瑟菌、金黄色葡萄球菌、表皮葡萄球菌、肺炎链球菌、李斯特菌、加德纳菌均可取得内含ｔｅｔＭ基因质粒而耐四环素。2023/2/2724新生儿科业务学习资料细菌耐药的分子机制24/43(二)红霉素甲基化酶(二)红霉素甲基化酶:红霉素等大环内酯类抗菌药品是经过作用于细菌核糖体２３ＳｒＲＮＡ基因,抑制细菌蛋白质合成而到达抑菌目标。当细菌取得ｅｒｍ基因表示红霉素甲基化酶,造成细菌核糖体２３ＳｒＲＮＡ基因甲基化,红霉素对其作用失效而耐药。2023/2/2725新生儿科业务学习资料细菌耐药的分子机制25/43ｅｒｍ基因家族已超出２０种基因型。其中ｅｒｍＢ是最常见基因型,已报道有从葡萄球菌属、肠球菌属、奈瑟菌属、链球菌属和肠杆菌属检出该基因。2023/2/2726新生儿科业务学习资料细菌耐药的分子机制26/43三、细菌取得功效取代蛋白(酶)而耐药(一)ＰＢＰ２’:正常情况下金黄色葡萄球菌只拥有青霉素结合蛋白２(ＰＢＰ２)。β内酰胺酶类药品经过与ＰＢＰ２结合从而阻断细菌细胞壁合成造成细菌破壁死亡。金黄色葡萄球菌取得ｍｅｃＡ基因可表示ＰＢＰ２’。ＰＢＰ２’与ＰＢＰ２一样具转肽酶活性,在细菌细胞合成中起主要作用,但ＰＢＰ２’与β内酰胺类药品结协力极低。2023/2/2727新生儿科业务学习资料细菌耐药的分子机制27/43当细菌取得ｍｅｃＡ基因并表示ＰＢＰ２’后,使用β内酰胺类药品尽管可阻断ＰＢＰ２介导细胞壁合成,但不能阻断ＰＢＰ２’细胞壁合成,细菌仍可生存和繁殖。ｍｅｃＡ基因源自松鼠金葡菌,由转座子介导。当前除金黄色葡萄球菌外,表皮葡萄球菌、溶血葡萄球菌也可取得ｍｅｃＡ基因而耐全部β内酰胺类药品。2023/2/2728新生儿科业务学习资料细菌耐药的分子机制28/43(二)连接酶(二)连接酶:万古霉素等糖肽类药品可与细菌细胞壁成份Ｄ-丙氨酰-Ｄ-丙氨酸结合,抑制细菌壁肽聚糖合成。而耐万古霉素菌株中所取得ｖａｎＡ或ｖａｎＢ或ｖａｎＤ基因可表示一组功效相同连接酶,造成合成３Ｄ-丙氨酰-Ｄ-乳酸取代正常胞壁肽聚糖成份Ｄ-丙氨酰-Ｄ-丙氨酸,结合至肽聚糖机构中造成对万古霉素耐药。2023/2/2729新生儿科业务学习资料细菌耐药的分子机制29/43四、细菌细胞膜通透性改变造成耐药亚胺培南等抗菌药品需穿透铜绿假单胞菌细胞膜上微孔方能抵达作用靶位。当铜绿假单胞菌编码微孔蛋白ｏｐｒＤ２基因发生缺失突变时,细胞膜上微孔缺失,亚胺培南无法进入胞内而失去作用。其它Ｇ-杆菌也有类似现象。2023/2/2730新生儿科业务学习资料细菌耐药的分子机制30/43五、细菌主动泵出功效所致耐药(一)转运蛋白:一些细菌取得编码转运蛋白基因,如ｔｅｔＡ、ｍｅｆＡ、ｃｍｌＡ、ｑｎｒ基因等。它们编蛋白分别能将四环素、红霉素、氯霉素、喹诺酮类物泵出细菌细胞外而致耐药。这类基因由质粒介。ＰＣＲ检测阳性即提醒为耐药菌。2023/2/2731新生儿科业务学习资料细菌耐药的分子机制31/43(二)外排泵:当前对铜绿假单胞菌存在４种外排泵系统研究较多。它们分别为ＭｅｘＡ、Ｂ-ＯｐｒＭ［外排药品有四环素、喹诺酮类、氯霉素、大环内酯类、新生霉素、利福霉素、浅蓝霉素及β内酰胺类(碳青霉烯类除外)］;ＭｅｘＣ、Ｄ-ＯｐｒＪ(外排四环素、氯霉素、喹诺酮类、大环内酯类、第四代头孢、浅蓝霉素);2023/2/2732新生儿科业务学习资料细菌耐药的分子机制32/43ＭｅｘＥ、Ｆ-ＯｐｒＮ(外排氯霉素、喹诺酮类、碳青霉烯类);ＭｅｘＸ、Ｙ(功效尚不清)。上述系统中编码基因突变、表示异常,均可造成药品外排而耐药。2023/2/2733新生儿科业务学习资料细菌耐药的分子机制33/43六、细菌抗菌药品作用靶位改变而致耐药(一)青霉素结合蛋白编码基因突变:β内酰胺类药品必须先与青霉素结合蛋白(ＰＢＰ)结合方能起抗菌作用。ＰＢＰ编码基因(ｐｂｐ)突变造成ＰＢＰ构象改变,与β内酰胺类药品结协力下降而耐药。Ｇ+和Ｇ-菌中均存在这一耐药机制。2023/2/2734新生儿科业务学习资料细菌耐药的分子机制34/43(二)ＤＮＡ盘旋酶/拓扑异构酶Ⅳ编码基因突变:喹诺酮类药品主要作用于细菌ＤＮＡ盘旋酶或拓扑异构酶Ⅳ而起抗菌作用。当编码ＤＮＡ盘旋酶ｇｙｒＡ、ｇｙｒＢ基因,编码拓扑异构酶ⅣｐａｒＣ、ｐａｒＥ基因突变,其表示产物构象改变即可致耐药。2023/2/2735新生儿科业务学习资料细菌耐药的分子机制35/43(三)１６ＳｒＲＮＡ、２３ＳｒＲＮＡ基因突变:细菌１６ＳｒＲＮＡ基因发生突变,氨基糖苷类药品将对其失去作用;２３ＳｒＲＮＡ基因发生突变,红霉素类将对其失去作用。2023/2/2736新生儿科业务学习资料细菌耐药的分子机制36/43一、细菌产抗菌药品钝化酶而致耐药(一)β内酰胺酶类

1.β内酰胺酶

同时耐青霉素、头孢菌素Ⅰ～Ⅲ代(部分可耐头孢菌素Ⅳ代)药品,被称为超广谱β内酰胺酶(ESBLs)2.金属β内酰胺酶

MBLs3.质粒型头孢菌素酶

pAmpC(二)氨基糖苷类修饰酶(ＡＭＥｓ)(三)红霉素类钝化酶１．红霉素酯酶２．红霉素磷酸转移酶３．维及尼亚霉素酰基转移酶(四)氯霉素酰基转移酶2023/2/2737新生儿科业务学习资料细菌耐药的分子机制37/43二、细菌产酶(蛋白)保护抗菌药品作用靶位而耐药(一)核糖体保护蛋白(二)红霉素甲基化酶2023/2/2738新生儿科业务学习资料细菌耐药的分子机制38/43三、细菌取得功效取代蛋白(酶)而耐药(一)ＰＢＰ２’(二)连接酶:2023/2/2739新生儿科业务学习资料细菌耐药的分子机制39/43四、细菌细胞