细菌耐药的分子机制培训课件

细菌耐药的分子机制前言抗菌药物的发现与应用,使人类寿命至少延长了１５年。但由于人、畜抗菌药物的过度使用,细菌的耐药率逐年上升,细菌耐药性已成为全球关注的公共卫生问题。专家估计细菌耐药在本世纪对人类生命健康的威胁将不亚于艾滋病、癌症和心血管疾病。3/15/20242细菌耐药的分子机制现就细菌耐药分子机制作扼要介绍如下。3/15/20243细菌耐药的分子机制一、细菌产抗菌药物钝化酶而致耐药(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3/15/20244细菌耐药的分子机制二、细菌产酶(蛋白)保护抗菌药物作用靶位而耐药(一)核糖体保护蛋白(二)红霉素甲基化酶3/15/20245细菌耐药的分子机制三、细菌获得功能取代蛋白(酶)而耐药(一)ＰＢＰ２’(二)连接酶:3/15/20246细菌耐药的分子机制四、细菌细胞膜通透性改变导致耐药3/15/20247细菌耐药的分子机制五、细菌的主动泵出功能所致耐药(一)转运蛋白(二)外排泵3/15/20248细菌耐药的分子机制六、细菌的抗菌药物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回旋酶/拓扑异构酶Ⅳ编码基因突变(三)１６ＳｒＲＮＡ、２３ＳｒＲＮＡ基因突变3/15/20249细菌耐药的分子机制一、细菌产抗菌药物钝化酶而致耐药

(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年代发现,主要水解青霉素类抗菌药物,由ＴＥＭ-１、ＴＥＭ-２和ＳＨＶ-１基因编码。而后由于β内酰胺类药物的过度使用,细菌长期暴露于药物中,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)药物,被称为超广谱β内酰胺酶(ESBLs)。3/15/202410细菌耐药的分子机制目前已发现ＥＳＢＬｓ编码基因家族除ＴＥＭ、ＳＨＶ外,还有ＣＴＸ-Ｍ、ＯＸＡ、ＰＥＲ、ＶＥＢ、ＧＥＳ／ＩＢＣ等。每个基因家族已发现的基因型有数个、数十个至百余个不等,3/15/202411细菌耐药的分子机制产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。3/15/202412细菌耐药的分子机制２．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的β内酰胺酶,能水解青霉素、头孢菌素类和碳青霉烯类药物,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基因表达产物尽管也能水解碳青霉烯类药物,但并不是ＭＢＬｓ。3/15/202413细菌耐药的分子机制３．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物。世界各地已发现的ｐＡｍｐＣ酶基因型达３０种。根据基因同源性可分５组或６组。常见有ＤＨＡ、ＭＩＲ、ＣＭＹ、ＭＯＸ、ＦＯＸ等基因型。产ｐＡｍｐＣ的细菌有肺炎克雷伯菌、大肠埃希菌、奇异变形杆菌等。3/15/202414细菌耐药的分子机制以上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,因此易于在同种或不同种细菌传播。目前β内酰胺酶编码基因命名较紊乱,有以首位感染者的名字命名(ＴＥＭ源自希腊一名叫Ｔｅｍｏｎｉｅｒａ的病人名字)、3/15/202415细菌耐药的分子机制有以较高水解能力的底物(药物)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)、有以首次发现的医院命名(ＤＨＡ源自沙特Ｄｈａｈｒａｍ医院,ＭＩＲ源自美国Ｍｉｒｉａｍ医院)等。3/15/202416细菌耐药的分子机制(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)。已发现的基因型已超过３０种。3/15/202417细菌耐药的分子机制ＡＭＥｓ基因位于多数整合子上,传播迅速。ＰＣＲ为ＡＭＥｓ基因灵敏、特异、快捷的检测方法。3/15/202418细菌耐药的分子机制(三)红霉素类钝化酶１．红霉素酯酶:肠杆菌可携带ｅｒｅＡ、ｅｒｅＢ基因表达红霉素酯酶使红霉素酯解失活,ｅｒｅＡ／ｅｒｅＢ基因由质粒介导。此酶产生菌已报道的有大肠埃希菌、肺炎克雷伯菌、变形杆菌等。3/15/202419细菌耐药的分子机制２．红霉素磷酸转移酶:由ｍｐｈＡ、ｍｐｈＢ、ｍｐｈＣ基因编码,其表达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。3/15/202420细菌耐药的分子机制３．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。其表达产物对维及尼亚霉素活性有修饰作用。3/15/202421细菌耐药的分子机制(四)氯霉素酰基转移酶:此酶由ｃａｔ基因家族编码,其表达产物修饰氯霉素使之失活。Ｇ+菌、Ｇ-菌均已发现可产此酶。3/15/202422细菌耐药的分子机制二、细菌产酶(蛋白)保护抗菌药物作用靶位而耐药3/15/202423细菌耐药的分子机制(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,从而使药物失去作用。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、加德纳菌均可获得内含ｔｅｔＭ基因的质粒而耐四环素。3/15/202424细菌耐药的分子机制(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物是通过作用于细菌核糖体２３ＳｒＲＮＡ基因,抑制细菌蛋白质合成而达到抑菌目的。当细菌获得ｅｒｍ基因表达红霉素甲基化酶,导致细菌核糖体２３ＳｒＲＮＡ基因甲基化,红霉素对其作用失效而耐药。3/15/202425细菌耐药的分子机制ｅｒｍ基因家族已超过２０种基因型。其中ｅｒｍＢ是最常见的基因型,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。3/15/202426细菌耐药的分子机制三、细菌获得功能取代蛋白(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内酰胺酶类药物通过与ＰＢＰ２结合从而阻断细菌细胞壁的合成导致细菌破壁死亡。金黄色葡萄球菌获得ｍｅｃＡ基因可表达ＰＢＰ２’。ＰＢＰ２’与ＰＢＰ２一样具转肽酶活性,在细菌细胞合成中起重要作用,但ＰＢＰ２’与β内酰胺类药物的结合力极低。3/15/202427细菌耐药的分子机制当细菌获得ｍｅｃＡ基因并表达ＰＢＰ２’后,使用β内酰胺类药物尽管可阻断ＰＢＰ２介导的细胞壁合成,但不能阻断ＰＢＰ２’的细胞壁合成,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。目前除金黄色葡萄球菌外,表皮葡萄球菌、溶血葡萄球菌也可获得ｍｅｃＡ基因而耐全部β内酰胺类药物。3/15/202428细菌耐药的分子机制四、细菌细胞膜通透性改变导致耐药亚胺培南等抗菌药物需穿透铜绿假单胞菌细胞膜上的微孔方能到达作用的靶位。当铜绿假单胞菌编码微孔蛋白的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。其他Ｇ-杆菌也有类似现象。3/15/202430细菌耐药的分子机制五、细菌的主动泵出功能所致耐药(一)转运蛋白:一些细菌获得编码转运蛋白的基因,如ｔｅｔＡ、ｍｅｆＡ、ｃｍｌＡ、ｑｎｒ基因等。它们的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。此类基因由质粒介。ＰＣＲ检测阳性即提示为耐药菌。3/15/202431细菌耐药的分子机制(二)外排泵:目前对铜绿假单胞菌存在的４种外排泵系统研究较多。它们分别为ＭｅｘＡ、Ｂ-ＯｐｒＭ［外排药物有四环素、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);3/15/202432细菌耐药的分子机制ＭｅｘＥ、Ｆ-ＯｐｒＮ(外排氯霉素、喹诺酮类、碳青霉烯类);ＭｅｘＸ、Ｙ(功能尚不清)。上述系统中编码基因突变、表达异常,均可导致药物外排而耐药。3/15/202433细菌耐药的分子机制六、细菌的抗菌药物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内酰胺类药物必须先与青霉素结合蛋白(ＰＢＰ)结合方能起抗菌作用。ＰＢＰ的编码基因(ｐｂｐ)突变导致ＰＢＰ构象改变,与β内酰胺类药物结合力下降而耐药。Ｇ+和Ｇ-菌中均存在这一耐药机制。3/15/202434细菌耐药的分子机制(二)ＤＮＡ回旋酶/拓扑异构酶Ⅳ编码基因突变:喹诺酮类药物主要作用于细菌的ＤＮＡ回旋酶或拓扑异构酶Ⅳ而起抗菌作用。当编码ＤＮＡ回旋酶的ｇｙｒＡ、ｇｙｒＢ基因,编码拓扑异构酶Ⅳ的ｐａｒＣ、ｐａｒＥ基因突变,其表达产物的构象改变即可致耐药。3/15/202435细菌耐药的分子机制(三)１６ＳｒＲＮＡ、２３ＳｒＲＮＡ基因突变:细菌的１６ＳｒＲＮＡ基因发生突变,氨基糖苷类药物将对其失去作用;２３ＳｒＲＮＡ基因发生突变,红霉素类将对其失去作用。3/15/202436细菌耐药的分子机制一、细菌产抗菌药物钝化酶而致耐药(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)药物,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3/15/202437细菌耐药的分子机制二、细菌产酶(蛋白)保护抗菌药物作用靶位而耐药(一)核糖体保护蛋白(二)红霉素甲基化酶3/15/202438细菌耐药的分子机制三、细菌获得功能取代蛋白(酶)而耐药(一)ＰＢＰ２’(二)连接酶:3/15/20