ISCR1-NDM 耐药元件适应度代价、药物选择及传递机制研究

Insertion Sequence Common Region 1 (ISCR1) is deemed as a novel gene capture system which could transfer adjacent genes. We have found that ISCR1 has linked with blaNDM-1 and formed a novel ISCR1-NDM element which can self excise to become a circular molecule and is most likely to have mediated the NDM-1 transfer among two species in a patient. ISCR1-NDM element might provide a highly efficient vehicle for NDM-1 dissemination. But its mechanism of maintenance and transmission are largely unknown. On the basis of previous studies, we will study the effects of antibiotics on the selective maintenance of ISCR1-NDM element by competitive growth experiment, quantitative fluorescence PCR, southern blot and sequences analysis. Conjugation and transformation tests will also be involved to analyze the possibility of horizontal transfer of ISCR1-NDM element. The results of this project will be highly significant in understanding the maintenance and transmission of ISCR1-NDM element and will provide data to elaborate the transfer mechanism of ISCR1.

插入序列共同区1(Insertion Sequence Common Region , ISCR1)，是新发现的可能参与基因捕获和水平转移的可移动元件。我们发现，ISCR1和耐药基因blaNDM-1相关联，形成了ISCR1-NDM元件，该元件可以同时以质粒携带和游离两种状态存在，参与了NDM-1在不同种属间的传递。但目前ISCR1-NDM元件的稳定性、转移能力及转移机制尚不清楚。本项目拟通过竞争性生长、荧光定量PCR、PFGE电泳、Southern 杂交等方法研究ISCR1-NDM元件的适应度代价，药物选择压力对ISCR1-NDM元件存在方式的影响和对宿主菌适应度代价的补偿；通过接合、转化实验和阳性接合子/转化子基因组序列分析，研究ISCR1-NDM元件的水平转移能力和可能的转移机制。本研究将为探讨ISCR1的转移机制，评估ISCR1-NDM元件在群体中被保存和继续扩散的潜力提供重要数据。

本文围绕插入序列共同区ISCR1和超级耐药基因碳青霉烯酶NDM组成的新型耐药元件ISCR1-NDM，以评估ISCR1-NDM元件的横向转移能力和传播风险为目的，研究ISCR1-NDM元件的稳定性、适应度代价和药物选择压力对该元件存在方式的影响，并在临床来源和动物来源菌株中分析ISCR1的携带状况及其与耐药性的关系。研究发现ISCR1-NDM元件在菌体中稳定性差，在无抗菌药物选择压力下丢失频率高；携带ISCR1-NDM元件的菌体与不携带ISCR1-NDM元件的菌体生长无显著性差异， ISCR1-NDM元件的适应度代价低；在低浓度亚胺培南的选择压力下，定位于质粒上和游离于菌体中的ISCR1-NDM元件的拷贝数均增加，菌体对碳青霉烯类药物的最小抑菌浓度也相应抬高；在我国临床来源及动物来源菌株中ISCR1元件的携带率高，携带ISCR1元件的菌株耐药性高于不携带ISCR1元件的菌株；发现了ISCR1阳性的泛耐药菌株恶臭假单胞菌和同时携带三种碳青霉烯酶的产酸克雷伯菌，解析了该恶臭假单胞菌携带的约468kb的多耐药大质粒的遗传结构，描述了多重耐药产酸克雷伯菌中分别携带KPC-2、NDM和IMP碳青霉烯酶的质粒特征。目前已发表SCI 文章3篇，核心期刊文章6篇，关于ISCR-NDM 转移机制的文章还在总结，后续组织投稿。本项目的研究阐述了ISCR1基因与细菌耐药性的关系及ISCR1-NDM元件的稳定性、适应度代价、及药物选择压力对其存在方式的影响，为研究ISCR1在介导耐药基因转移中的作用，遏制耐药基因的转移奠定了基础。