不同PilA基因型鲍曼不动杆菌DNA摄取能力差异分析

The capability to undergo horizontal gene transfer events considerably contributes to the alarming resistance development of Acinetobacter baumannii. The major pilin pilA was reported to be necessary for DNA uptake and natural transiformation of A. baumannii. High diversity of A. baumannii pilA, with a total of 13 alleles, was revealed in our previous work, and the distribution of them was associated with the resistant phenotype. We found pilA allele IIIa and IIc tend to distribute in resistant strains, and allele Ia, IIb tend to distribute in sensitive strains. We suspect the pili assembled by different pilA alleles may influence the DNA uptake and resistance development. DNA uptake capability of IIIa and IIc pilA was better than other alles, which led to high levels of drug resistance of the isolates. To test this hypothesis, we will evaluate and compare the DNA uptake capability of sensitive and resistant strains with different pilA alleles, and evaluate the impact of each pilA allele before and after pilA allelic replacements which will been developed in this study. This study will deepen our understanding of resistant preferences distribution of pilA alleles, and reveal the effects of each pilA allele on DNA uptake and natural transformation. This study has important theoretical value for our understanding of A. baumannii resistance from the aspects of molecular mechanisms, and lays the foundation for the development of a rapid, reliable molecular genetic test to detect A. baumannii strains tend to develop MDR.

耐药基因水平传递对于鲍曼不动杆菌多耐药或泛耐药性的产生至关重要，而主要菌毛素蛋白pilA在鲍曼不动杆菌对DNA的摄取和自然转化过程中起关键作用。本研究前期工作发现pilA有13种基因型，且基因型的分布与菌株耐药性显著相关：IIIa，IIc型pilA多分布于耐药株，而Ia，IIb型pilA多分布于敏感株。我们推测不同基因型pilA组装的菌毛影响细菌对外源DNA的摄取，IIIa和IIc型菌株因摄取外源基因能力强而更容易建立耐药。为了验证这一假设，我们将通过检测菌株DNA的摄取能力，比较携带不同耐药偏好pilA基因型的天然菌株间，以及通过基因工程技术替换不同偏好性pilA基因型前后菌株间DNA摄取能力差异，以明确pilA基因型分布耐药性偏好的成因，及对DNA摄取及自然转化的影响。本研究对从分子机制角度认识鲍曼不动杆菌耐药特征有重要理论价值，并为建立易耐药菌株快速识别的防控关键技术奠定重要基础。

作为重要的院内感染病原菌，鲍曼不动杆菌具有卓越的获得耐药基因的能力，可以快速产生高水平耐药，但鲍曼不动杆菌对外源DNA的摄取能力的菌株差异尚不可知。本项目针对自然转化能力研究，构建了可以在多重耐药鲍曼不动杆菌中有效筛选的供体质粒DNA，开发了新的自然转化分析方法，筛选了142株遗传距离不同的临床分离株作为实验菌株，发现其中38%的临床分离株具备自然转化能力，特别是转化频率和感受态诱导时间存在显著差异。多重耐药（MDR）鲍曼不动杆菌中有自然转化能力的菌株均属于国际流行克隆群（ST1和ST2）。比较MDR菌株和敏感菌株发现，MDR菌株中有自然转化能力菌株的比例高于敏感菌株（43.3% vs 26.7%），平均转化效率高于敏感菌株（Mann-Whitney U test, P=0.008）。感受态开启时间存在菌株差异，且与转化效率呈负相关。其中部分ST2型菌株感受态开启时间远远早于与其转换效率相似的其他ST型菌株。推测在相同的环境条件下，具备更强和/或更快的转化能力的菌株，会有更多机会成功摄取环境DNA，从而获得耐药基因、毒力因子等竞争优势特征并得以进一步传播。这是首次在DNA摄取能力差异上获得可以解释鲍曼不动杆菌国际流行克隆群超级耐药和广泛传播成因的研究结果，对深入认识鲍曼不动杆菌耐药和传播具有重要意义。为了深入分析鲍曼不动杆菌DNA摄取能力菌株差异的分子机制，本研究还对高、中、低三个转化水平的野生型实验菌株进行了pilA基因亚型置换，置换前后转化效率均无显著性差异，即pilA结构差异不影响DNA摄取能力，需要进一步深入挖掘鲍曼不动杆菌感受态的建立和DNA摄取的分子机制。