細菌耐藥的分子機制培訓課件

細菌耐藥的分子機制前言抗菌藥物的發(fā)現(xiàn)與應(yīng)用,使人類壽命至少延長了１５年。但由于人、畜抗菌藥物的過度使用,細菌的耐藥率逐年上升,細菌耐藥性已成為全球關(guān)注的公共衛(wèi)生問題。專家估計細菌耐藥在本世紀對人類生命健康的威脅將不亞于艾滋病、癌癥和心血管疾病。3/15/20242細菌耐藥的分子機制現(xiàn)就細菌耐藥分子機制作扼要介紹如下。3/15/20243細菌耐藥的分子機制一、細菌產(chǎn)抗菌藥物鈍化酶而致耐藥(一)β內(nèi)酰胺酶類

1.β內(nèi)酰胺酶2.金屬β內(nèi)酰胺酶3.質(zhì)粒型頭孢菌素酶(二)氨基糖苷類修飾酶(三)紅霉素類鈍化酶１．紅霉素酯酶２．紅霉素磷酸轉(zhuǎn)移酶３．維及尼亞霉素?；D(zhuǎn)移酶(四)氯霉素酰基轉(zhuǎn)移酶3/15/20244細菌耐藥的分子機制二、細菌產(chǎn)酶(蛋白)保護抗菌藥物作用靶位而耐藥(一)核糖體保護蛋白(二)紅霉素甲基化酶3/15/20245細菌耐藥的分子機制三、細菌獲得功能取代蛋白(酶)而耐藥(一)ＰＢＰ２’(二)連接酶:3/15/20246細菌耐藥的分子機制四、細菌細胞膜通透性改變導(dǎo)致耐藥3/15/20247細菌耐藥的分子機制五、細菌的主動泵出功能所致耐藥(一)轉(zhuǎn)運蛋白(二)外排泵3/15/20248細菌耐藥的分子機制六、細菌的抗菌藥物作用靶位改變而致耐藥(一)青霉素結(jié)合蛋白編碼基因突變(二)ＤＮＡ回旋酶/拓撲異構(gòu)酶Ⅳ編碼基因突變(三)１６ＳｒＲＮＡ、２３ＳｒＲＮＡ基因突變3/15/20249細菌耐藥的分子機制一、細菌產(chǎn)抗菌藥物鈍化酶而致耐藥

(一)β內(nèi)酰胺酶類１.β內(nèi)酰胺酶:β內(nèi)酰胺酶最初于２０世紀６０年代發(fā)現(xiàn),主要水解青霉素類抗菌藥物,由ＴＥＭ-１、ＴＥＭ-２和ＳＨＶ-１基因編碼。而后由于β內(nèi)酰胺類藥物的過度使用,細菌長期暴露于藥物中,編碼基因發(fā)生突變,產(chǎn)生能同時耐青霉素、頭孢菌素Ⅰ～Ⅲ代(部分可耐頭孢菌素Ⅳ代)藥物,被稱為超廣譜β內(nèi)酰胺酶(ESBLs)。3/15/202410細菌耐藥的分子機制目前已發(fā)現(xiàn)ＥＳＢＬｓ編碼基因家族除ＴＥＭ、ＳＨＶ外,還有ＣＴＸ-Ｍ、ＯＸＡ、ＰＥＲ、ＶＥＢ、ＧＥＳ／ＩＢＣ等。每個基因家族已發(fā)現(xiàn)的基因型有數(shù)個、數(shù)十個至百余個不等,3/15/202411細菌耐藥的分子機制產(chǎn)ＥＳＢＬｓ菌有大腸埃希菌、肺炎克雷伯菌、產(chǎn)酸克雷伯菌、產(chǎn)氣腸桿菌、摩氏摩根菌、奇異變形桿菌、陰溝腸桿菌、鮑曼不動桿菌、銅綠假單胞菌等革蘭陰性桿菌。3/15/202412細菌耐藥的分子機制２．金屬β內(nèi)酰胺酶:金屬β內(nèi)酰胺酶(MBLs)是數(shù)類以金屬離子為活性中心的β內(nèi)酰胺酶,能水解青霉素、頭孢菌素類和碳青霉烯類藥物,能耐β內(nèi)酰胺酶抑制劑。主要編碼基因為ＩＭＰ和ＶＩＭ基因家族。產(chǎn)ＭＢＬｓ菌有鮑曼不動桿菌、銅綠假單胞菌和肺炎克雷伯菌。ＯＸＡ-２３至ＯＸＡ-２７基因表達產(chǎn)物盡管也能水解碳青霉烯類藥物,但并不是ＭＢＬｓ。3/15/202413細菌耐藥的分子機制３．質(zhì)粒型頭孢菌素酶:質(zhì)粒型頭孢菌素酶(ｐＡｍｐＣ)能水解青霉素類、頭孢菌素類和頭霉素類藥物。世界各地已發(fā)現(xiàn)的ｐＡｍｐＣ酶基因型達３０種。根據(jù)基因同源性可分５組或６組。常見有ＤＨＡ、ＭＩＲ、ＣＭＹ、ＭＯＸ、ＦＯＸ等基因型。產(chǎn)ｐＡｍｐＣ的細菌有肺炎克雷伯菌、大腸埃希菌、奇異變形桿菌等。3/15/202414細菌耐藥的分子機制以上β內(nèi)酰胺酶絕大多數(shù)有質(zhì)粒、轉(zhuǎn)座子、整合子等可移動性遺傳元件介導(dǎo),因此易于在同種或不同種細菌傳播。目前β內(nèi)酰胺酶編碼基因命名較紊亂,有以首位感染者的名字命名(ＴＥＭ源自希臘一名叫Ｔｅｍｏｎｉｅｒａ的病人名字)、3/15/202415細菌耐藥的分子機制有以較高水解能力的底物(藥物)命名(ＯＸＡ源自苯唑青霉素Ｏｘａｃｉｌｌｉｎ,ＣＴＸ-Ｍ源自頭孢噻肟修飾能強ｃｅｆｏｔａｘｉｍｅ-ｍｏｄｉｆｉｅｄ)、有以首次發(fā)現(xiàn)的醫(yī)院命名(ＤＨＡ源自沙特Ｄｈａｈｒａｍ醫(yī)院,ＭＩＲ源自美國Ｍｉｒｉａｍ醫(yī)院)等。3/15/202416細菌耐藥的分子機制(二)氨基糖苷類修飾酶:氨基糖苷類修飾酶(ＡＭＥｓ)可分３類:

乙酰轉(zhuǎn)移酶,由ａａｃ基因家族編碼;

核酸轉(zhuǎn)移酶,由ａｐｈ基因家族編碼;

核苷轉(zhuǎn)移酶,由ａｎｔ基因家族編碼(核苷轉(zhuǎn)移酶曾稱腺苷轉(zhuǎn)移酶,由ａａｄ基因家族編碼)。已發(fā)現(xiàn)的基因型已超過３０種。3/15/202417細菌耐藥的分子機制ＡＭＥｓ基因位于多數(shù)整合子上,傳播迅速。ＰＣＲ為ＡＭＥｓ基因靈敏、特異、快捷的檢測方法。3/15/202418細菌耐藥的分子機制(三)紅霉素類鈍化酶１．紅霉素酯酶:腸桿菌可攜帶ｅｒｅＡ、ｅｒｅＢ基因表達紅霉素酯酶使紅霉素酯解失活,ｅｒｅＡ／ｅｒｅＢ基因由質(zhì)粒介導(dǎo)。此酶產(chǎn)生菌已報道的有大腸埃希菌、肺炎克雷伯菌、變形桿菌等。3/15/202419細菌耐藥的分子機制２．紅霉素磷酸轉(zhuǎn)移酶:由ｍｐｈＡ、ｍｐｈＢ、ｍｐｈＣ基因編碼,其表達產(chǎn)物可使紅霉素脫氧二甲胺己糖Ｃ-２’位置發(fā)生磷酸化或糖基化而失活。產(chǎn)此酶菌有腸桿菌和葡萄球菌。3/15/202420細菌耐藥的分子機制３．維及尼亞霉素酰基轉(zhuǎn)移酶:此酶在葡萄球菌中由ｖａｔＡ、ｖａｔＢ、ｖａｔＣ編碼;在腸球菌中有ｖａｔＤ、ｖａｔＥ編碼。其表達產(chǎn)物對維及尼亞霉素活性有修飾作用。3/15/202421細菌耐藥的分子機制(四)氯霉素酰基轉(zhuǎn)移酶:此酶由ｃａｔ基因家族編碼,其表達產(chǎn)物修飾氯霉素使之失活。Ｇ+菌、Ｇ-菌均已發(fā)現(xiàn)可產(chǎn)此酶。3/15/202422細菌耐藥的分子機制二、細菌產(chǎn)酶(蛋白)保護抗菌藥物作用靶位而耐藥3/15/202423細菌耐藥的分子機制(一)核糖體保護蛋白(一)核糖體保護蛋白:核糖體保護蛋白(ＲＰＰｓ)由ｔｅｔＭ基因編碼,該蛋白能阻遏四環(huán)素與細菌核糖體結(jié)合,從而使藥物失去作用。淋病奈瑟菌、金黃色葡萄球菌、表皮葡萄球菌、肺炎鏈球菌、李斯特菌、加德納菌均可獲得內(nèi)含ｔｅｔＭ基因的質(zhì)粒而耐四環(huán)素。3/15/202424細菌耐藥的分子機制(二)紅霉素甲基化酶(二)紅霉素甲基化酶:紅霉素等大環(huán)內(nèi)酯類抗菌藥物是通過作用于細菌核糖體２３ＳｒＲＮＡ基因,抑制細菌蛋白質(zhì)合成而達到抑菌目的。當細菌獲得ｅｒｍ基因表達紅霉素甲基化酶,導(dǎo)致細菌核糖體２３ＳｒＲＮＡ基因甲基化,紅霉素對其作用失效而耐藥。3/15/202425細菌耐藥的分子機制ｅｒｍ基因家族已超過２０種基因型。其中ｅｒｍＢ是最常見的基因型,已報道有從葡萄球菌屬、腸球菌屬、奈瑟菌屬、鏈球菌屬和腸桿菌屬檢出該基因。3/15/202426細菌耐藥的分子機制三、細菌獲得功能取代蛋白(酶)而耐藥(一)ＰＢＰ２’:正常情況下金黃色葡萄球菌只擁有青霉素結(jié)合蛋白２(ＰＢＰ２)。β內(nèi)酰胺酶類藥物通過與ＰＢＰ２結(jié)合從而阻斷細菌細胞壁的合成導(dǎo)致細菌破壁死亡。金黃色葡萄球菌獲得ｍｅｃＡ基因可表達ＰＢＰ２’。ＰＢＰ２’與ＰＢＰ２一樣具轉(zhuǎn)肽酶活性,在細菌細胞合成中起重要作用,但ＰＢＰ２’與β內(nèi)酰胺類藥物的結(jié)合力極低。3/15/202427細菌耐藥的分子機制當細菌獲得ｍｅｃＡ基因并表達ＰＢＰ２’后,使用β內(nèi)酰胺類藥物盡管可阻斷ＰＢＰ２介導(dǎo)的細胞壁合成,但不能阻斷ＰＢＰ２’的細胞壁合成,細菌仍可生存和繁殖。ｍｅｃＡ基因源自松鼠金葡菌,由轉(zhuǎn)座子介導(dǎo)。目前除金黃色葡萄球菌外,表皮葡萄球菌、溶血葡萄球菌也可獲得ｍｅｃＡ基因而耐全部β內(nèi)酰胺類藥物。3/15/202428細菌耐藥的分子機制四、細菌細胞膜通透性改變導(dǎo)致耐藥亞胺培南等抗菌藥物需穿透銅綠假單胞菌細胞膜上的微孔方能到達作用的靶位。當銅綠假單胞菌編碼微孔蛋白的ｏｐｒＤ２基因發(fā)生缺失突變時,細胞膜上微孔缺失,亞胺培南無法進入胞內(nèi)而失去作用。其他Ｇ-桿菌也有類似現(xiàn)象。3/15/202430細菌耐藥的分子機制五、細菌的主動泵出功能所致耐藥(一)轉(zhuǎn)運蛋白:一些細菌獲得編碼轉(zhuǎn)運蛋白的基因,如ｔｅｔＡ、ｍｅｆＡ、ｃｍｌＡ、ｑｎｒ基因等。它們的編蛋白分別能將四環(huán)素、紅霉素、氯霉素、喹諾酮類物泵出細菌細胞外而致耐藥。此類基因由質(zhì)粒介。ＰＣＲ檢測陽性即提示為耐藥菌。3/15/202431細菌耐藥的分子機制(二)外排泵:目前對銅綠假單胞菌存在的４種外排泵系統(tǒng)研究較多。它們分別為ＭｅｘＡ、Ｂ-ＯｐｒＭ［外排藥物有四環(huán)素、喹諾酮類、氯霉素、大環(huán)內(nèi)酯類、新生霉素、利福霉素、淺藍霉素及β內(nèi)酰胺類(碳青霉烯類除外)］;ＭｅｘＣ、Ｄ-ＯｐｒＪ(外排四環(huán)素、氯霉素、喹諾酮類、大環(huán)內(nèi)酯類、第四代頭孢、淺藍霉素);3/15/202432細菌耐藥的分子機制ＭｅｘＥ、Ｆ-ＯｐｒＮ(外排氯霉素、喹諾酮類、碳青霉烯類);ＭｅｘＸ、Ｙ(功能尚不清)。上述系統(tǒng)中編碼基因突變、表達異常,均可導(dǎo)致藥物外排而耐藥。3/15/202433細菌耐藥的分子機制六、細菌的抗菌藥物作用靶位改變而致耐藥(一)青霉素結(jié)合蛋白編碼基因突變:β內(nèi)酰胺類藥物必須先與青霉素結(jié)合蛋白(ＰＢＰ)結(jié)合方能起抗菌作用。ＰＢＰ的編碼基因(ｐｂｐ)突變導(dǎo)致ＰＢＰ構(gòu)象改變,與β內(nèi)酰胺類藥物結(jié)合力下降而耐藥。Ｇ+和Ｇ-菌中均存在這一耐藥機制。3/15/202434細菌耐藥的分子機制(二)ＤＮＡ回旋酶/拓撲異構(gòu)酶Ⅳ編碼基因突變:喹諾酮類藥物主要作用于細菌的ＤＮＡ回旋酶或拓撲異構(gòu)酶Ⅳ而起抗菌作用。當編碼ＤＮＡ回旋酶的ｇｙｒＡ、ｇｙｒＢ基因,編碼拓撲異構(gòu)酶Ⅳ的ｐａｒＣ、ｐａｒＥ基因突變,其表達產(chǎn)物的構(gòu)象改變即可致耐藥。3/15/202435細菌耐藥的分子機制(三)１６ＳｒＲＮＡ、２３ＳｒＲＮＡ基因突變:細菌的１６ＳｒＲＮＡ基因發(fā)生突變,氨基糖苷類藥物將對其失去作用;２３ＳｒＲＮＡ基因發(fā)生突變,紅霉素類將對其失去作用。3/15/202436細菌耐藥的分子機制一、細菌產(chǎn)抗菌藥物鈍化酶而致耐藥(一)β內(nèi)酰胺酶類

1.β內(nèi)酰胺酶

同時耐青霉素、頭孢菌素Ⅰ～Ⅲ代(部分可耐頭孢菌素Ⅳ代)藥物,被稱為超廣譜β內(nèi)酰胺酶(ESBLs)2.金屬β內(nèi)酰胺酶

MBLs3.質(zhì)粒型頭孢菌素酶

pAmpC(二)氨基糖苷類修飾酶(ＡＭＥｓ)(三)紅霉素類鈍化酶１．紅霉素酯酶２．紅霉素磷酸轉(zhuǎn)移酶３．維及尼亞霉素酰基轉(zhuǎn)移酶(四)氯霉素?；D(zhuǎn)移酶3/15/202437細菌耐藥的分子機制二、細菌產(chǎn)酶(蛋白)保護抗菌藥物作用靶位而耐藥(一)核糖體保護蛋白(二)紅霉素甲基化酶3/15/202438細菌耐藥的分子機制三、細菌獲得功能取代蛋白(酶)而耐藥(一)ＰＢＰ２’(二)連接酶:3/15/20