利福平耐药增加结核分枝杆菌耐药风险的机制研究

Although rifampicin (RIF) is an important first-line anti-TB drug, many epidemiological evidence and several my previous studies have found that RIF resistance can significantly increase the drugs resistance risk of Mycobacterium tuberculosis (M. tb). There is still no conclusion to this phenomenon. This project intends to use the principles and methods of experimental evolution, excludes the interference of genetic background and considers the drug pressure (the key factor driving drug resistance), aims to: evaluate the ability of RIF resistant strains to obtain further resistance; study the roles of key factors (drug pressure, population, mutation rate and fitness cost) to the ability of drug resistance; by transcriptome analysis, find the key genes may lead to increase drug resistance risk and select laboratory and clinical strains to verify the functions of candidate genes, so as to illuminate the mechanism of M. tb increased drug resistance risk by RIF resistance.

利福平是重要的抗结核病一线药物，然而许多流行病学证据以及申请人前期多项研究都发现，利福平耐药能够显著增加结核分枝杆菌对多种药物的耐药风险，从而进一步加剧结核病耐药问题和治疗难度。对于该现象的原因，目前尚未有科学结论。本项目拟借助实验进化学的原理和研究方法，总结前人研究不足，排除菌株遗传背景差异干扰，充分考虑药物压力（驱动耐药菌株产生的关键因素）的影响，首先评估利福平耐药对菌株获得耐药能力的影响；然后进一步研究影响耐药产生的关键因素（药物压力、群体数量、突变速率和适应性成本）在增加耐药风险中的作用；最后通过转录组分析，寻找参与提升耐药能力的关键基因，并选取实验室菌株和临床样本验证基因功能，从而揭示利福平耐药增加结核分枝杆菌耐药风险的机制，为控制耐药结核病提供理论依据。

结核病是严重威胁人类健康的重大传染病，每年因该病死亡均超过百万人口。结核病耐药问题一直是结核病防治工作的重点和难点，我国耐药结核病病例数位居全球第二位，是耐药结核病最为严重的国家之一。利福平（rifampicin，RIF）作为治疗结核病的重要一线药物，其耐药会给结核病的治疗和防控带来严重的负面影响。许多流行病学证据发现RIF耐药会显著增加会结核病的耐药风险。这种提升耐药风险的能力，会加剧结核病的耐药问题，为该病的防控和治疗雪上加霜，因此，本项目研究该现象的产生原因有重要现实意义。. 本研究首先通过基因组耐药点突变，构建遗传背景基本相同的RIF和/或异烟肼（isoniazid，INH）耐药菌株，通过试验进化学的研究方法，证明RIF耐药菌株较其他耐药类型菌株确实更容易进一步获得耐药性。其次，本研究在考虑药物压力因素的情况下，从群体数量、突变速率和适应性成本角度，分析RIF耐药后耐药风险增加的原因。研究结果显示，RIF耐药菌株在药物压力下适应成本较低，竞争力较强，导致细菌群体数量较多，因此，在突变频率基本相同的条件下，细菌数量较多使得耐药风险较高。基于此，本研究初步解释了RIF耐药菌株获得进一步耐药风险较高的原因。此外，通过转录水平的比较，筛选到潜在导致其耐药风险较高的相关基因，为后续进一步深入研究奠定基础。