葡萄球菌屬中交換基因的載體-SCCmec

1、葡萄球菌屬中交換基因的載體SCCmec【摘要】RSA在世界范圍內(nèi)廣泛蔓延，是醫(yī)院感染最常見的病原菌之一。一種具有挪動才能的新型基因元件Se攜帶eA基因，并通過位點(diǎn)特異性重組作用整合到葡萄球菌屬的染色體上，使金葡菌攜帶上eA基因，產(chǎn)生對-內(nèi)酰胺類抗生素的耐藥作用。Se共分為5種類型和多種亞型，不同類型的Se其基因構(gòu)件也不同，適應(yīng)不同環(huán)境。I、II和III型Se攜帶多個耐藥基因，其多重耐藥的表型合適于醫(yī)院環(huán)境；IV和V型Se一般比擬輕便，該類RSA能獲得較快的生長速率，合適于社區(qū)環(huán)境。在國際上，不同地區(qū)或不同環(huán)境流行的RSA有多種類型，可以分為5大組(5、8、22、30和45)。不同的RSA流行株

2、是通過獲得不同類型的Se，經(jīng)過不同途徑進(jìn)化而來的?！娟P(guān)鍵詞】RSA；Se；r復(fù)合物；e復(fù)合物ABSTRATRSAhasbeenspreadinternatinally,andisthestnandprevalentpathgeninnsialinfetin.Se,anvelbileDNAeleent,isabletbeintegratedintthehrsefS.aureusthrughsitespeifirebinatin,akingS.aureusarryeAediatingresistanet-lataantibitis.Thereare5typesandanysubtypesfSes,

3、anddifferenttypesfSesadapttdifferentenvirnentiththEirdifferentgenetistruture.Generally,typeI,IIandIIISesarryanyresistanegenes,akingthesurviveunderantibitipressureinhspital;nthetherhand,typeIVandVSesareuhsallerandhaveafastergrthrate,akingthereinlinedtexistinunity.Internatinally,prevalentRSAanbedivide

4、dint5lnalplex(5,8,22,30and45).Differentprevalentepidei-RSAaquiredifferenttypesfSes,andevlvefrdifferentdiretins.KEYRDSRSA;Se;rplex;eplex1導(dǎo)論1960年半合成青霉素甲氧西林被首次應(yīng)用于臨床，僅僅一年之后，英國就發(fā)現(xiàn)了首例耐甲氧西林金黃色葡萄球菌(ethiillin-resistaneStaphylusaureus，RSA)，之后RSA以驚人的速度在世界范圍內(nèi)蔓延，成為醫(yī)院內(nèi)最常見的病原菌之一，與乙型肝炎、艾滋病同為當(dāng)今世界三大感染頑疾1。20世紀(jì)90年代開場，社

5、區(qū)感染RSA的現(xiàn)象與報道日益增多，這種RSA經(jīng)常在沒有醫(yī)院經(jīng)歷和院內(nèi)感染可能的安康人群(多數(shù)為小孩)別離獲得，而且呈日益增長的趨勢2。RSA之所以表現(xiàn)對-內(nèi)酰胺類抗生素耐藥原因在于RSA攜帶了eA基因，eA基因編碼一種新型的青霉素結(jié)合蛋白(PBP2a)，與金葡菌內(nèi)源性的青霉素結(jié)合蛋白相比，PBP2a對青霉素類抗生素的親和力很低，因此青霉素類抗生素?zé)o法結(jié)合并作用于PBP2a。除去其它抑制-內(nèi)酰胺類抗生素作用的機(jī)制，RSA僅通過PBP2a便能持續(xù)合成細(xì)胞壁，從而使RSA表現(xiàn)對-內(nèi)酰胺類抗生素耐藥3。1987年，對日本別離的RSA菌株eA進(jìn)展克隆并測序4；后續(xù)的研究發(fā)現(xiàn)，eA基因不但廣泛分布于金葡菌

6、中，而且在凝固酶陰性葡萄球菌中也能發(fā)現(xiàn)該基因的存在5，6。使甲氧西林敏感金葡菌(ethiillin-suseptibleStaphylusaureus，SSA)轉(zhuǎn)變?yōu)镽SA是由于一種具有挪動才能的新型基因元件Se(sta-phylalassettehrsee，Se)上攜帶eA基因，通過位點(diǎn)特異性重組酶rA和rB準(zhǔn)確的切除和整合作用，將Se整合到葡萄球菌屬的染色體上，使其攜帶上eA基因，獲得對-內(nèi)酰胺類抗生素的耐藥作用。本文將就Se的構(gòu)造、分布、起源及它對基因進(jìn)化產(chǎn)生的影響等幾個方面的研究進(jìn)展進(jìn)展討論。2Se的構(gòu)造Se是S家族中最大且最重要的一員7，是一種攜帶eA基因的新型挪動基因元件，能作為載

7、體在葡萄球菌屬中交換基因信息。Se在未知功能的開放閱讀框rfX3端的插入位點(diǎn)attB處插入，位于金葡菌染色體復(fù)制位點(diǎn)的附近。Se攜帶三個根本的基因元件：r復(fù)合物(rgeneplex)，包括編碼位點(diǎn)特異性重組酶基因rA和rB，以及在其周圍的一些開放閱讀框(RFs)；e復(fù)合物(egeneplex)，包括eA及其調(diào)控基因，以及在其上下游的一些插入序列；位于Se邊界的一些正向或反向重復(fù)序列，以及插入位點(diǎn)attB與attS，為重組酶識別并進(jìn)展準(zhǔn)確的切除和整合作用所必需；此外，在r復(fù)合物和e復(fù)合物以外的局部為可變區(qū)域，稱為J區(qū)域(junkyardregin)，不同型的Se根據(jù)J區(qū)域分為不同的亞型。2.1r

8、復(fù)合物r復(fù)合物包括兩個位點(diǎn)特異性重組酶基因rA和rB，以及在其周圍的一些開放閱讀框(RFs)。其中位點(diǎn)特異性重組酶rA和rB通過位點(diǎn)特異性重組作用，可以使多種耐抗生素和耐重金屬基因嵌入到Se中；同時不同類型的重組酶rA和rB識別相應(yīng)的Se，通過準(zhǔn)確的切除和整合作用，使Se整合到葡萄球菌屬的染色體上，使不同的葡萄球菌能交換基因信息，適應(yīng)不同環(huán)境和抗生素選擇壓力。根據(jù)rA和rB基因的不同，r復(fù)合物分成5型:1型(type1)攜帶rA1和rB1基因，2型(type2)攜帶rA2和rB2基因，3型(type3)攜帶rA3和rB3基因，4型(type4)攜帶rA4和rB4基因，5型(type5)攜帶rA

9、5和rB5基因。2.2e復(fù)合物e復(fù)合物根據(jù)eA基因上下游的調(diào)控基因和插入序列的不同分為4類：A類(lassA)攜帶完好的eI-eR1-eA-IS431構(gòu)造，B類(lassB)攜帶缺失而同時有插入序列整合的IS1272-eR1-eA-IS431構(gòu)造，類(lass)攜帶兩個拷貝的IS431插入序列IS431-eA-eR1-IS431構(gòu)造，D類(lassD)那么攜帶IS431-eA-eR1構(gòu)造。其中攜帶B類e復(fù)合物的RSA稱之為前RSA，由于其攜帶完好的eI基因，對eA基因的表達(dá)起強(qiáng)烈抑制作用，因此該類Se通常表現(xiàn)對-內(nèi)酰胺類抗生素低程度耐藥8。2.3J區(qū)域J區(qū)域根據(jù)在Se中的位置分為J1、J2和J

10、3區(qū)域，J1位于r復(fù)合物上游，也稱為L-區(qū)域，包括多個開放閱讀框和調(diào)控子，如pls和kdp調(diào)控子；J2位于r復(fù)合物下游和e復(fù)合物上游，也稱為-區(qū)域，包括完好或缺失的轉(zhuǎn)座子Tn554(編碼對紅霉素耐藥)等基因元件，局部Se缺失J2區(qū)域(如IV型Se)；J3那么位于e復(fù)合物下游，也稱為-R區(qū)域，包括質(zhì)粒pT181(編碼對四環(huán)素耐藥)，pUB110(編碼對氨基糖苷類抗菌藥物耐藥)，轉(zhuǎn)座子Tn4001，插入序列IS1182等基因元件。3Se的類型Se根據(jù)發(fā)現(xiàn)時間的先后，分為I、II、III、IV和V五種類型和多種亞型，但Piriyaprn等學(xué)者最近提出，Se的分型應(yīng)該有一個更加標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)他們提出

11、的協(xié)議7，Se應(yīng)該根據(jù)r復(fù)合物和e復(fù)合物類型的不同組合進(jìn)展分型，其中，r復(fù)合物用數(shù)字表示其類型，e復(fù)合物那么用字母表示其類型；對同一型的Se，再據(jù)根其J區(qū)域分為不同的亞型，分別用兩個數(shù)字表示J1區(qū)域和J2、J3區(qū)域的不同，兩個數(shù)字之間以及與字母之間用點(diǎn)隔開，下面詳細(xì)說明。3.1I型SeI型Se攜帶1型r復(fù)合物和B類e復(fù)合物，在J1區(qū)域攜帶pls調(diào)控子，大小為34kb(Fig.1)，其代表菌株為NT10442，是1961年第一株臨床別離獲得的RSA菌株9。I型Se包括一個亞型IA，在J3區(qū)域攜帶質(zhì)粒pUB11010，根據(jù)新協(xié)議，I型Se表示為1B.1.1，IA亞型為1B.1.2。3.2II型Se

12、Fig.1StruturefthetypeISeII型Se(IIa)攜帶2型r復(fù)合物和A類e復(fù)合物，在J1區(qū)域攜帶kdp調(diào)控子，J3區(qū)域攜帶質(zhì)粒pUB110，大小為53kb(Fig.2)，其代表菌株為N315，是1982年在日本別離的前RSA菌株11。II型Se根據(jù)J1和J3區(qū)域的不同有多個亞型和變型，其中亞型IIb帶有特異的J1區(qū)域11，IIA、IIB、II、IID和IIE均帶有與IVb型Se同樣的J1區(qū)域，而帶有不同的J3區(qū)域，IIA在J3區(qū)域攜帶質(zhì)粒pUB110與插入序列IS1182，IIB僅攜帶質(zhì)粒pUB110，II攜帶質(zhì)粒pUB110與缺失的插入序列IS1182，IID僅攜帶插入序列

13、IS1182，IIE僅攜帶缺失的插入序列IS118212；另外II型Se還有一變型，其J1區(qū)域攜帶kdp調(diào)控子，J3區(qū)域不攜帶質(zhì)粒pUB11013。根據(jù)新協(xié)議，II型Se(IIa)表示為2A.1.1，IIb為2A.2，IIA，IIB、II、IID和IIE分別為2A.3.1、2A.3.2、2A.3.3、2A.3.4和2A.3.5，II型Se的變型為2A.1.2。3.3III型SeIII型Se攜帶3型r復(fù)合物和A類e復(fù)合物，在J3區(qū)域攜帶質(zhì)粒pT181，大小為67kb(Fig.3)，雖然III型Se的J1區(qū)域相對較小，但由于攜帶多個耐藥基因，因此在各種Se中是最大的，其代表菌株是85/20829。

14、III型Se根據(jù)J3區(qū)域的不同有幾個亞型，其中IIIA在J3區(qū)域不攜帶質(zhì)粒pT181和ips基因，IIIB在J3區(qū)域不攜帶質(zhì)粒pT18110。根據(jù)新協(xié)議，III型Se表示為3A.1.1，IIIA為3A.1.2，IIIB為3A.1.3。3.4IV型SeIV型Se攜帶2型r復(fù)合物和B類e復(fù)合物，在J3區(qū)域攜帶轉(zhuǎn)座子Tn4001，大小為2125kb(Fig.4)，是各種Se中最小的。IV型Se的亞型最多，主要的幾種亞型IVa、IVb、IVFig.2StruturefthetypeIISeFig.3StruturefthetypeIIISeFig.4StruturefthetypeIVSe和IVd型分

15、別帶有特異的J1區(qū)域，其代表菌株分別為A05，8/6-3P14，81/10815與JS44692；另外還包括亞型IVE，J1區(qū)域與IV一樣，但帶有特異的J3區(qū)域12；IVF，J1區(qū)域與IVb一樣，但帶有特異的J3區(qū)域12；IVAb，J3區(qū)域攜帶質(zhì)粒pUB11013。根據(jù)新協(xié)議，IVa，IVb，IV與IVd分別表示為2B.1，2B.2.1，2B.3.1與2B.4，IVE為2B.3.3，IVF為2B.2.2，IVAb為2B.N.2。3.5V型SeV型Se攜帶5型r復(fù)合物和類e復(fù)合物，大小為27kb(Fig.5)，其構(gòu)造上與IV型Se非常相似，不同之處在于其攜帶一個完好的由hsdR、hsdS和hsd

16、基因組成的第一類限制修飾系統(tǒng)(restritin-difiatinsyste)，其代表菌株為IS8，暫時沒有相關(guān)亞型的報道。根據(jù)新協(xié)議，V型Se表示為5.1。3.6其它類型Se2001年，liveira等在pediatri菌株中報道攜帶4型r復(fù)合物和B類e復(fù)合物的Se10，其代表菌株HDE288為按照傳統(tǒng)的分類方法，該SeFig.5StruturefthetypeVSe應(yīng)該被歸為VI型，但根據(jù)新協(xié)議那么應(yīng)表示為4B。4Se的分布I、II和III型Se存在于醫(yī)院獲得RSA(hspitalaquiredRSA，H-RSA)中，其Se元件，攜帶多個耐藥基因；IV和V型Se那么存在于社區(qū)獲得RSA(u

17、nityaquiredRSA，-RSA)中，前者一般攜帶較大的Se元件，并帶有多個耐藥基因，后者的Se元件一般小而輕便(2128kb)，除了eA基因外不攜帶耐藥基因，因此不表現(xiàn)為多重耐藥，并且常伴有多種毒力基因，如PVL基因等14。帶有多個耐抗生素和重金屬基因的II型和III型Se更加合適醫(yī)院環(huán)境里的抗生素選擇壓力；但在社區(qū)里，選擇壓力使菌株傾向于向具有更高的生長率和更易于在人體內(nèi)繁殖的方向進(jìn)化，輕便的IV、V型Se相比之下顯得更加適應(yīng)。不同類型的Se不僅分布于不同環(huán)境，而且在世界不同地區(qū)的流行RSA(ERSA)菌株攜帶的Se類型也是不同的。其中，在波蘭、斯洛文尼亞和英國流行的ERSA3株，在

18、德國、丹麥、瑞士和英國流行的最早發(fā)現(xiàn)的RSA株，在德國和斯洛文尼亞流行的南德國RSA株以及在比利時、芬蘭、法國、德國、葡萄牙、斯洛文尼亞、西班牙、瑞典、英國和美國流行的ERSA5株、ERSA17株等攜帶I型Se16；在芬蘭、愛爾蘭、日本和美國流行的NeYrk/Japan株，在芬蘭和英國流行的ERSA16株，在愛爾蘭、英國和美國流行的Irish-1株等攜帶II型Se3，11；在比利時流行的RSA株，在英國流行的ERSA7株，在芬蘭、德國、希臘、愛爾蘭、荷蘭、波蘭、葡萄牙、斯洛文尼亞、瑞典、英國和美國流行的ERSA1株、ERSA4株、ERSA11株和Vienna株等攜帶III型Se16；在法國、葡

19、萄牙、英國和美國流行的Pediatri株，在芬蘭、法國、德國、愛爾蘭、荷蘭、英國和美國流行的ERSA2株和ERSA6株，在德國、愛爾蘭、瑞典和英國流行的ERSA15株，在比利時、芬蘭、德國和瑞典流行的Berlin株，在德國和英國流行的ERSA10株等攜帶IV型Se16；在澳大利亞流行的RSA株攜帶V型Se17。在亞洲，中國、印度、泰國、沙特阿拉伯、新加坡和越南等大多數(shù)國家別離的RSA株攜帶III型Se，而僅在日本和韓國別離的RSA株那么攜帶II型Se7。S與Se不僅存在于RSA中，也廣泛存在于凝固酶陰性葡萄球菌(ethiillin-resistantagulase-negativestaphy

20、li，R-NS)以及各種葡萄球菌中。2001年，Katayaa等在溶血葡萄球菌GIFU12263中發(fā)現(xiàn)不攜帶eA基因的S1226318；2022年，Katayaa等對91株R-NS進(jìn)展檢測，結(jié)果顯示42株攜帶A類e復(fù)合物，為II型或III型Se；16株攜帶B類e復(fù)合物，為I型Se19；同年，Hisata等通過對從日本安康小兒別離獲得的R-NS進(jìn)展研究發(fā)現(xiàn)，R-NS廣泛分布于社區(qū)，絕大多數(shù)攜帶IV型Se2；2022年，It等報道約30株溶血葡萄球菌攜帶V型Se8。5Se的進(jìn)化國際上流行的RSA菌株，根據(jù)其不同的起源及進(jìn)化道路可以分為5個克隆復(fù)合組(lnalplex，)：5、8、22、30和45。

21、Enright等通過對大量RSA菌株的7個sas基因進(jìn)展測序，并綜合多位點(diǎn)序列分型(LST)的結(jié)果，提出了RSA的進(jìn)化道路如下20：在5中，起源菌株ST5-SSA通過獲得IV型Se進(jìn)化為在葡萄牙流行的ST5-RSA-IV；ST5-SSA通過獲得II型Se進(jìn)化為日本和美國流行的NeYrk/Japan株(ST5-RSA-II)；ST5-SSA通過獲得I型Se進(jìn)化為ERSA3(ST5-RSA-I)和南德國流行株(ST228-RSA-I)。在8中，起源菌株ST8-SSA通過獲得III型Se進(jìn)化為ERSA1，4，7，11(ST239-RSA-III)，ERSA9(ST240-RSA-III)；ST8-S

22、SA通過獲得I型Se進(jìn)化為ERSA8(ST250-RSA-I)和ERSA5(ST247-RSA-I)；ST8-SSA通過獲得IV型Se進(jìn)化為ERSA2，6(ST8-RSA-IV)和ERSA10(ST254-RSA-IV)。在22中，起源菌株ST22-SSA通過獲得IV型Se進(jìn)化為柏林流行株和ERSA15(ST22-RSA-IV)。在30中，起源菌株ST30-SSA通過獲得II型Se進(jìn)化為在英國和芬蘭等地流行的ERSA16(ST36-RSA-II)。在45中，起源菌株ST45-SSA通過獲得IV型Se進(jìn)化為在德國流行的柏林株(ST45-RSA-IV)?？偟膩碚f，各種RSA都是由SSA通過重組酶r

23、A和rB的位點(diǎn)特異性重組作用，在開放閱讀框rfX的3端插入不同類型的Se，從而進(jìn)化為不同的RSA流行菌株。Se是一種僅存在于葡萄球菌屬的基因島，是S家族中唯一攜帶-內(nèi)酰胺類抗生素耐藥基因eA的新型挪動基因元件。Se通過重組酶rA和rB的位點(diǎn)特異性重組作用，可以使多種耐藥和耐重金屬基因嵌入到Se中；同時不同類型的重組酶rA和rB催化相應(yīng)的Se進(jìn)展準(zhǔn)確的切除和整合作用，從而使其能在不同的葡萄球菌屬中交換基因信息。金葡菌正是通過這種捕獲外源基因和菌屬間交換基因信息的方方式迅速適應(yīng)周圍變化的環(huán)境和抗生素選擇壓力。【參考文獻(xiàn)】1NadaT,IhiyaaS,sadaY,etal.parisnfDNAfin

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25、staneinStaphylusaureusJ.AntiirbAgentshether,2000,44(6):15494atsuhashi,SngD,IshinF,etal.leularlningfthegenefapeniillinbindingprtEinsuppsedtausehighresistanetbeta-lataantibitisinStaphylusaureusJ.JBateril,1986,167(3):9755Hurliann-DaleiRL,Ryffel,KayserFH,etal.Surveyftheethiillinresistane-assiatedgeneseA

26、,eR1-eI,andfeA-feBinlinialislatesfethiillin-resistantStaphylusaureusJ.AntiirbAgentshether,1992,36(12):26176SuzukiE,HiraatsuK,YktT.Surveyfethiillin-resistantlinialstrainsfagulase-negativestaphylifreAgenedistributinJ.AntiirbAgentshether,1992,36(2):4297Piriyaprn,ItT,aX,etal.Staphylalassettehrsee(Se)typ

27、ingfethiillin-resistantStaphylusaureusstrainsislatedin11Asianuntries:aprpsalfranenenlaturefrSeeleentsJ.AntiirbAgentshether,2022,50(3):10018ItT,aX,TakeuhiF,etal.NveltypeVstaphylalassettehrseedrivenbyanvelassettehrserebinase,rJ.AntiirbAgentshether,2022,48(7):26379ItT,KatayaaY,AsadaA,etal.Struturalpari

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