细菌耐药机制研究进展(特选材料)课件

细菌耐药机制研究进展

浙江大学医学院附属第一医院俞云松1优选内容2优选内容3优选内容一、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优选内容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优选内容革兰阴性细菌细胞膜6优选内容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优选内容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β-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优选内容产气肠杆菌从亚胺培能敏感株变为耐药株9优选内容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优选内容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优选内容PCR扩增Omp36全长及序列分析IS90398%（约1000bp)12优选内容插入序列引起OprD2缺失（铜绿）ISPa1328约2000bpOprD213优选内容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：

β-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优选内容超广谱-内酰胺酶（ESBLs）高产AmpC酶碳青霉烯酶最主要的耐药因素对-内酰胺抗生素造成威胁-内酰胺酶临床上最重要的-内酰胺酶15优选内容是质粒介导的能够水解头孢他啶、头孢噻肟等亚氨基β-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β-内酰胺酶抑制剂所抑制的一类β-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优选内容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/studies/webt.htm.CTX-M-1组CTX-M-2组CTX-M-8组CTX-M-9组17优选内容中国400株大肠埃希菌和肺炎克雷伯菌的基因型分布18优选内容32家医院1994-2003年

大肠杆菌及肺炎克雷伯菌产ESBLs百分率19优选内容头孢菌素酶

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优选内容

阴沟肠杆菌21优选内容ACT-1,DHA-1,CMY(Peking)DHA-1,CIT,ACT-1(Shanghai)

DHA-1(Zhejiang)DHA-1,ACT-1(GuangZhou)DHA-1isThePredominantTypeinChinaMapofChina22优选内容克隆片段PCR产物1100bp共6432bp

ORF1ORF2ORF3ORF4ORF5ORF6IS26orf-1

DHA-1ampRqacE⊿1sul15232bp23优选内容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β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优选内容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优选内容金属酶染色体编码的金属酶：BCⅡ，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优选内容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、2027优选内容中国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优选内容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-729优选内容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优选内容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优选内容亚胺培南耐药铜绿假单胞菌金属酶检测结果北京（27）上海（32）杭州（27）广州（32）成都（22）金属酶表型阳性菌株数35310百分率11.1％15.6％11.1％3.1％0.0％金属酶基因型阳性菌株数36410百分率11.1％18.8％14.8％3.1％0.0％32优选内容

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）

intI1attI1aacA459-bVIM-259-beaadB59-be3’-CS

intI1attI1aacA459-beVIM-259-be3’-CSAB33优选内容H22H26g4s5s9s10s11s12s15b2b3b28w19w54Marker50kbABH22H26g4s5s9s10s11s12s15b2b3b28w19w54MarkerPFGE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优选内容Ａ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优选内容二株产IMI-1阴沟肠杆菌PFGE结果36优选内容AntibioticsMIC(mg/l)EcloacaeEC600

E.coliC600E8

E.coliDH5E.colipT103Imipenem≥320.38≥320.25≥32Ciprofloxacin0.0640.250.250.006008Amikacin4220.250.38Cefepime20.0640.0640.1250.047Ceftazidime160.50.380.50.25Cefotaxime120.050.1250.0940.047Cefoperazone≥2560.51.50.0474Cefoperazone/Sulbactam1280.25262Piperacillin/Tazobactam≥2562424Ticarcilliin/ClavulanicAcid≥2561232432Ampicillin/Sulbactam≥2568641.5NDEcloacae8,EC600,E.coliC600E8，E.colipT103和E.coliDH5对抗菌药物的体外抗菌活性37优选内容阴沟肠杆菌、接合菌质粒电泳图谱

M1ABM2

54kb15kb38优选内容SchematicrepresentationoftheclonedE.coRⅠfragment

IS903IMI-2Imi-2RIS903IS2903bp921bp882bp876bp921bp10629bp(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优选内容抗菌药物肺炎克雷伯菌亚胺培南>32亚胺培南/克拉维酸16美罗培南>32美罗培南/克拉维酸16厄他培南>256头孢他啶>256头孢他啶/克拉维酸>256头孢噻肟>256头孢噻肟/克拉维酸>256头孢吡肟>256头孢曲松>256头孢西丁>256氨曲南>256头孢哌酮/舒巴坦>256哌拉西林/三唑巴坦>256环丙沙星>32阿米卡星>256多重耐药肺炎克雷伯菌40优选内容转化试验抽提亚胺培南耐药的肺炎克雷伯菌质粒转化DH5α，在含1g/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61kb41优选内容PCRPCR筛选β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-242优选内容转化菌质粒（亚胺培南耐药基因克隆）EcoRІ,HindⅢ，NheІ等酶切NheІpTeasyVectorpTeasyVector1.5kb在含亚胺培南1g/mlMH平板筛选43优选内容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优选内容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优选内容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优选内容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优选内容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优选内容8,724bpORF1ORF2ORF4

ORF35’3’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”)-Ie49优选内容三、靶位改变50优选内容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Ⅱ）、拓扑异构酶Ⅳ糖肽类D-丙氨酰D-丙氨酸四环素类核糖体50S亚基

51优选内容PBP2a的作用PBP2a与β-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优选内容53优选内容54优选内容DRIRIRDRSCCmecccrAccrBmecImecR1mecAorfXJ1J3J2SCCmec55优选内容56优选内容I－V型57优选内容VSHA-MRSACA-MRSA

高耐药性较低

阴性

PVL阳性I、II、IIISCCmecIV、V58优选内容金葡菌耐药性的发展历程S.aureusPenicillin-resistantS.aureusMethicillin-resistantS.aureus(MRSA)PenicillinMethicillinVancomycin-resistantenterococcus(VRE)Vancomycin(glycopeptide)-Intermediate-ResistantS.Aureus（VISA、GISA）Vancomycin-ResistantS.Aureus（VRSA）Vancomycin[1940][1960s][1990s][1996]Superbugs[2002]59优选内容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)左氧氟沙星氟喹喏酮60优选内容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优选内容transposaseresolvasevanRvanSvanHvanAvanX6590bp(ZY02,HS3)表示PCR扩增vanYvanZ10Kb（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优选内容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优选内容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优选内容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优选内容四、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优选内容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优选内容组间外排泵表达量均值比较68优选内容

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优选内容生物被膜70优选内容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优选内容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优选内容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→0.25μg/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优选内容作用机制保护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Qnr与旋转酶的结合,改变了药物结合区域的构象,从而降低了药物识别靶位的效率保护拓扑异构酶Ⅳ细菌对拓扑异构酶Ⅳ的保护作用与DNA旋转酶类似Hegde,S.S.etal.Science308:1480,2005QnrDNA旋转酶74优选内容表5株qnrA阳性大肠埃希菌及其接合菌的MIC值菌株CIPNOROFXMOXCTXCAZSGENAKAMP63128256643225616212>256Tc631410.5>2564414>256140642566432322888>256Tc1401421162884>256142484162564424>256Tc1420.50.511322882>256Z8161616321284256>256>256>256TcZ80.060.060.1250.06128464>256>256>256Z11326416321284256>256>256>256TcZ110.060.060.1250.0664464>256>256>256J530.0150.1250.1250.030.060.1254112J53为受体菌75优选内容表38株qnrA阳性肺炎克雷伯菌及其接合菌的MIC值菌株CIPNOROFXMOXCTXCAZSGENAKAMP14-264128＞64128322111>256Tc14-20.250.510.25162221>2562564256643225616422>256Tc2518121284414>256316425612812825616212>256Tc311812>2568412>2569628221282428>256Tc9618122568414>25615181684644428>256Tc1511110.25321212>256152864441282428>256Tc1520.520.50.5641414>25615332128161632>64>256>256>256>256Tc1530.5112161212>2561564821644428>256Tc1562820.25644414>256J530.0150.1250.1250.030.060.125411276优选内容质粒DNA与PCR产物探针的Southern杂交A:肺炎克雷伯菌96