葡萄球菌属中交换基因的载体-SCCmec

1、葡萄球菌属中交换基因的载体SCCmec【摘要】RSA在世界范围内广泛蔓延，是医院感染最常见的病原菌之一。一种具有挪动才能的新型基因元件Se携带eA基因，并通过位点特异性重组作用整合到葡萄球菌属的染色体上，使金葡菌携带上eA基因，产生对-内酰胺类抗生素的耐药作用。Se共分为5种类型和多种亚型，不同类型的Se其基因构件也不同，适应不同环境。I、II和III型Se携带多个耐药基因，其多重耐药的表型合适于医院环境；IV和V型Se一般比拟轻便，该类RSA能获得较快的生长速率，合适于社区环境。在国际上，不同地区或不同环境流行的RSA有多种类型，可以分为5大组(5、8、22、30和45)。不同的RSA流行株

2、是通过获得不同类型的Se，经过不同途径进化而来的。【关键词】RSA；Se；r复合物；e复合物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导论1960年半合成青霉素甲氧西林被首次应用于临床，仅仅一年之后，英国就发现了首例耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(ethiillin-resistaneStaphylusaureus，RSA)，之后RSA以惊人的速度在世界范围内蔓延，成为医院内最常见的病原菌之一，与乙型肝炎、艾滋病同为当今世界三大感染顽疾1。20世纪90年代开场，社

5、区感染RSA的现象与报道日益增多，这种RSA经常在没有医院经历和院内感染可能的安康人群(多数为小孩)别离获得，而且呈日益增长的趋势2。RSA之所以表现对-内酰胺类抗生素耐药原因在于RSA携带了eA基因，eA基因编码一种新型的青霉素结合蛋白(PBP2a)，与金葡菌内源性的青霉素结合蛋白相比，PBP2a对青霉素类抗生素的亲和力很低，因此青霉素类抗生素无法结合并作用于PBP2a。除去其它抑制-内酰胺类抗生素作用的机制，RSA仅通过PBP2a便能持续合成细胞壁，从而使RSA表现对-内酰胺类抗生素耐药3。1987年，对日本别离的RSA菌株eA进展克隆并测序4；后续的研究发现，eA基因不但广泛分布于金葡菌

6、中，而且在凝固酶阴性葡萄球菌中也能发现该基因的存在5，6。使甲氧西林敏感金葡菌(ethiillin-suseptibleStaphylusaureus，SSA)转变为RSA是由于一种具有挪动才能的新型基因元件Se(sta-phylalassettehrsee，Se)上携带eA基因，通过位点特异性重组酶rA和rB准确的切除和整合作用，将Se整合到葡萄球菌属的染色体上，使其携带上eA基因，获得对-内酰胺类抗生素的耐药作用。本文将就Se的构造、分布、起源及它对基因进化产生的影响等几个方面的研究进展进展讨论。2Se的构造Se是S家族中最大且最重要的一员7，是一种携带eA基因的新型挪动基因元件，能作为载

7、体在葡萄球菌属中交换基因信息。Se在未知功能的开放阅读框rfX3端的插入位点attB处插入，位于金葡菌染色体复制位点的附近。Se携带三个根本的基因元件：r复合物(rgeneplex)，包括编码位点特异性重组酶基因rA和rB，以及在其周围的一些开放阅读框(RFs)；e复合物(egeneplex)，包括eA及其调控基因，以及在其上下游的一些插入序列；位于Se边界的一些正向或反向重复序列，以及插入位点attB与attS，为重组酶识别并进展准确的切除和整合作用所必需；此外，在r复合物和e复合物以外的局部为可变区域，称为J区域(junkyardregin)，不同型的Se根据J区域分为不同的亚型。2.1r

8、复合物r复合物包括两个位点特异性重组酶基因rA和rB，以及在其周围的一些开放阅读框(RFs)。其中位点特异性重组酶rA和rB通过位点特异性重组作用，可以使多种耐抗生素和耐重金属基因嵌入到Se中；同时不同类型的重组酶rA和rB识别相应的Se，通过准确的切除和整合作用，使Se整合到葡萄球菌属的染色体上，使不同的葡萄球菌能交换基因信息，适应不同环境和抗生素选择压力。根据rA和rB基因的不同，r复合物分成5型:1型(type1)携带rA1和rB1基因，2型(type2)携带rA2和rB2基因，3型(type3)携带rA3和rB3基因，4型(type4)携带rA4和rB4基因，5型(type5)携带rA

9、5和rB5基因。2.2e复合物e复合物根据eA基因上下游的调控基因和插入序列的不同分为4类：A类(lassA)携带完好的eI-eR1-eA-IS431构造，B类(lassB)携带缺失而同时有插入序列整合的IS1272-eR1-eA-IS431构造，类(lass)携带两个拷贝的IS431插入序列IS431-eA-eR1-IS431构造，D类(lassD)那么携带IS431-eA-eR1构造。其中携带B类e复合物的RSA称之为前RSA，由于其携带完好的eI基因，对eA基因的表达起强烈抑制作用，因此该类Se通常表现对-内酰胺类抗生素低程度耐药8。2.3J区域J区域根据在Se中的位置分为J1、J2和J

10、3区域，J1位于r复合物上游，也称为L-区域，包括多个开放阅读框和调控子，如pls和kdp调控子；J2位于r复合物下游和e复合物上游，也称为-区域，包括完好或缺失的转座子Tn554(编码对红霉素耐药)等基因元件，局部Se缺失J2区域(如IV型Se)；J3那么位于e复合物下游，也称为-R区域，包括质粒pT181(编码对四环素耐药)，pUB110(编码对氨基糖苷类抗菌药物耐药)，转座子Tn4001，插入序列IS1182等基因元件。3Se的类型Se根据发现时间的先后，分为I、II、III、IV和V五种类型和多种亚型，但Piriyaprn等学者最近提出，Se的分型应该有一个更加标准的标准，根据他们提出

11、的协议7，Se应该根据r复合物和e复合物类型的不同组合进展分型，其中，r复合物用数字表示其类型，e复合物那么用字母表示其类型；对同一型的Se，再据根其J区域分为不同的亚型，分别用两个数字表示J1区域和J2、J3区域的不同，两个数字之间以及与字母之间用点隔开，下面详细说明。3.1I型SeI型Se携带1型r复合物和B类e复合物，在J1区域携带pls调控子，大小为34kb(Fig.1)，其代表菌株为NT10442，是1961年第一株临床别离获得的RSA菌株9。I型Se包括一个亚型IA，在J3区域携带质粒pUB11010，根据新协议，I型Se表示为1B.1.1，IA亚型为1B.1.2。3.2II型Se

12、Fig.1StruturefthetypeISeII型Se(IIa)携带2型r复合物和A类e复合物，在J1区域携带kdp调控子，J3区域携带质粒pUB110，大小为53kb(Fig.2)，其代表菌株为N315，是1982年在日本别离的前RSA菌株11。II型Se根据J1和J3区域的不同有多个亚型和变型，其中亚型IIb带有特异的J1区域11，IIA、IIB、II、IID和IIE均带有与IVb型Se同样的J1区域，而带有不同的J3区域，IIA在J3区域携带质粒pUB110与插入序列IS1182，IIB仅携带质粒pUB110，II携带质粒pUB110与缺失的插入序列IS1182，IID仅携带插入序列

13、IS1182，IIE仅携带缺失的插入序列IS118212；另外II型Se还有一变型，其J1区域携带kdp调控子，J3区域不携带质粒pUB11013。根据新协议，II型Se(IIa)表示为2A.1.1，IIb为2A.2，IIA，IIB、II、IID和IIE分别为2A.3.1、2A.3.2、2A.3.3、2A.3.4和2A.3.5，II型Se的变型为2A.1.2。3.3III型SeIII型Se携带3型r复合物和A类e复合物，在J3区域携带质粒pT181，大小为67kb(Fig.3)，虽然III型Se的J1区域相对较小，但由于携带多个耐药基因，因此在各种Se中是最大的，其代表菌株是85/20829。

14、III型Se根据J3区域的不同有几个亚型，其中IIIA在J3区域不携带质粒pT181和ips基因，IIIB在J3区域不携带质粒pT18110。根据新协议，III型Se表示为3A.1.1，IIIA为3A.1.2，IIIB为3A.1.3。3.4IV型SeIV型Se携带2型r复合物和B类e复合物，在J3区域携带转座子Tn4001，大小为2125kb(Fig.4)，是各种Se中最小的。IV型Se的亚型最多，主要的几种亚型IVa、IVb、IVFig.2StruturefthetypeIISeFig.3StruturefthetypeIIISeFig.4StruturefthetypeIVSe和IVd型分

15、别带有特异的J1区域，其代表菌株分别为A05，8/6-3P14，81/10815与JS44692；另外还包括亚型IVE，J1区域与IV一样，但带有特异的J3区域12；IVF，J1区域与IVb一样，但带有特异的J3区域12；IVAb，J3区域携带质粒pUB11013。根据新协议，IVa，IVb，IV与IVd分别表示为2B.1，2B.2.1，2B.3.1与2B.4，IVE为2B.3.3，IVF为2B.2.2，IVAb为2B.N.2。3.5V型SeV型Se携带5型r复合物和类e复合物，大小为27kb(Fig.5)，其构造上与IV型Se非常相似，不同之处在于其携带一个完好的由hsdR、hsdS和hsd

16、基因组成的第一类限制修饰系统(restritin-difiatinsyste)，其代表菌株为IS8，暂时没有相关亚型的报道。根据新协议，V型Se表示为5.1。3.6其它类型Se2001年，liveira等在pediatri菌株中报道携带4型r复合物和B类e复合物的Se10，其代表菌株HDE288为按照传统的分类方法，该SeFig.5StruturefthetypeVSe应该被归为VI型，但根据新协议那么应表示为4B。4Se的分布I、II和III型Se存在于医院获得RSA(hspitalaquiredRSA，H-RSA)中，其Se元件，携带多个耐药基因；IV和V型Se那么存在于社区获得RSA(u

17、nityaquiredRSA，-RSA)中，前者一般携带较大的Se元件，并带有多个耐药基因，后者的Se元件一般小而轻便(2128kb)，除了eA基因外不携带耐药基因，因此不表现为多重耐药，并且常伴有多种毒力基因，如PVL基因等14。带有多个耐抗生素和重金属基因的II型和III型Se更加合适医院环境里的抗生素选择压力；但在社区里，选择压力使菌株倾向于向具有更高的生长率和更易于在人体内繁殖的方向进化，轻便的IV、V型Se相比之下显得更加适应。不同类型的Se不仅分布于不同环境，而且在世界不同地区的流行RSA(ERSA)菌株携带的Se类型也是不同的。其中，在波兰、斯洛文尼亚和英国流行的ERSA3株，在

18、德国、丹麦、瑞士和英国流行的最早发现的RSA株，在德国和斯洛文尼亚流行的南德国RSA株以及在比利时、芬兰、法国、德国、葡萄牙、斯洛文尼亚、西班牙、瑞典、英国和美国流行的ERSA5株、ERSA17株等携带I型Se16；在芬兰、爱尔兰、日本和美国流行的NeYrk/Japan株，在芬兰和英国流行的ERSA16株，在爱尔兰、英国和美国流行的Irish-1株等携带II型Se3，11；在比利时流行的RSA株，在英国流行的ERSA7株，在芬兰、德国、希腊、爱尔兰、荷兰、波兰、葡萄牙、斯洛文尼亚、瑞典、英国和美国流行的ERSA1株、ERSA4株、ERSA11株和Vienna株等携带III型Se16；在法国、葡

19、萄牙、英国和美国流行的Pediatri株，在芬兰、法国、德国、爱尔兰、荷兰、英国和美国流行的ERSA2株和ERSA6株，在德国、爱尔兰、瑞典和英国流行的ERSA15株，在比利时、芬兰、德国和瑞典流行的Berlin株，在德国和英国流行的ERSA10株等携带IV型Se16；在澳大利亚流行的RSA株携带V型Se17。在亚洲，中国、印度、泰国、沙特阿拉伯、新加坡和越南等大多数国家别离的RSA株携带III型Se，而仅在日本和韩国别离的RSA株那么携带II型Se7。S与Se不仅存在于RSA中，也广泛存在于凝固酶阴性葡萄球菌(ethiillin-resistantagulase-negativestaphy

20、li，R-NS)以及各种葡萄球菌中。2001年，Katayaa等在溶血葡萄球菌GIFU12263中发现不携带eA基因的S1226318；2022年，Katayaa等对91株R-NS进展检测，结果显示42株携带A类e复合物，为II型或III型Se；16株携带B类e复合物，为I型Se19；同年，Hisata等通过对从日本安康小儿别离获得的R-NS进展研究发现，R-NS广泛分布于社区，绝大多数携带IV型Se2；2022年，It等报道约30株溶血葡萄球菌携带V型Se8。5Se的进化国际上流行的RSA菌株，根据其不同的起源及进化道路可以分为5个克隆复合组(lnalplex，)：5、8、22、30和45。

21、Enright等通过对大量RSA菌株的7个sas基因进展测序，并综合多位点序列分型(LST)的结果，提出了RSA的进化道路如下20：在5中，起源菌株ST5-SSA通过获得IV型Se进化为在葡萄牙流行的ST5-RSA-IV；ST5-SSA通过获得II型Se进化为日本和美国流行的NeYrk/Japan株(ST5-RSA-II)；ST5-SSA通过获得I型Se进化为ERSA3(ST5-RSA-I)和南德国流行株(ST228-RSA-I)。在8中，起源菌株ST8-SSA通过获得III型Se进化为ERSA1，4，7，11(ST239-RSA-III)，ERSA9(ST240-RSA-III)；ST8-S

22、SA通过获得I型Se进化为ERSA8(ST250-RSA-I)和ERSA5(ST247-RSA-I)；ST8-SSA通过获得IV型Se进化为ERSA2，6(ST8-RSA-IV)和ERSA10(ST254-RSA-IV)。在22中，起源菌株ST22-SSA通过获得IV型Se进化为柏林流行株和ERSA15(ST22-RSA-IV)。在30中，起源菌株ST30-SSA通过获得II型Se进化为在英国和芬兰等地流行的ERSA16(ST36-RSA-II)。在45中，起源菌株ST45-SSA通过获得IV型Se进化为在德国流行的柏林株(ST45-RSA-IV)。总的来说，各种RSA都是由SSA通过重组酶r

23、A和rB的位点特异性重组作用，在开放阅读框rfX的3端插入不同类型的Se，从而进化为不同的RSA流行菌株。Se是一种仅存在于葡萄球菌属的基因岛，是S家族中唯一携带-内酰胺类抗生素耐药基因eA的新型挪动基因元件。Se通过重组酶rA和rB的位点特异性重组作用，可以使多种耐药和耐重金属基因嵌入到Se中；同时不同类型的重组酶rA和rB催化相应的Se进展准确的切除和整合作用，从而使其能在不同的葡萄球菌属中交换基因信息。金葡菌正是通过这种捕获外源基因和菌属间交换基因信息的方方式迅速适应周围变化的环境和抗生素选择压力。【参考文献】1NadaT,IhiyaaS,sadaY,etal.parisnfDNAfin

24、gerprintingbyPFGEandPR-RFLPftheagulasegenetdistinguishRSAislatesJ.JHspInfet,1996,32(4):3052HisataK,Kuahara-AraiK,Yaant,etal.Disseinatinfethiillin-resistantstaphylianghealthyJapanesehildrenJ.Jlinirbil,2022,43(7):33643KatayaaY,ItT,HiraatsuK.Anelassfgenetieleent,Staphylusassettehrsee,endesethiillinresi

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

28、snfthreetypesfstaphylalassettehrseeintegratedinthehrseinethiillin-resistantStaphylusaureusJ.AntiirbAgentshether,2001,45(5):132310liveiraD,TaszA,LenastreH.Theevlutinfpandeilnesfethiillin-resistantStaphylusaureusidentifiatinftanestralgenetibakgrundsandtheassiatedeeleentsJ.irbDrugResist,2001,7(4):34911

29、ItT,KatayaaY,HiraatsuK.lningandnule-tidesequenedeterinatinftheentireeDNAfpre-ethiillin-resistantStaphylusaureusN315J.AntiirbAgentshether,1999,43(6):144912ShreA,RssneySA,KeaneT,etal.Sevennvelvariantsfthestaphylalhrsalassetteeinethiillin-resistantStaphylusaureusislatesfrIrelandJ.AntiirbAgentshether,2022,49(5):207013haHY,nD,hiH,etal.PrevaleneftheST239lnefethiillin-resistantStaphylusaureusanddifferenesinantiirbialsuseptibilitiesfST239andST5lnesidentifiedinaKreanhspitalJ.Jlinirbil,2022,43(8):361014aXX,ItT,Tiensasitrn,etal.Nveltypefstaphylal