2018-03-07
氨芐西林（Ampicillin）是第一種半合成青霉素，于1961年上市銷售，主要用于對抗腸桿菌科病原菌。1962年和1964年，在英國出現了首次由腸道血清型鼠傷寒沙門氏菌引起的疾病暴發，該菌對氨芐西林耐藥。氨芐青霉素是迄今為止使用最廣泛的抗生素之一，被廣泛認為其使用可能是耐藥型鼠傷寒沙門氏菌抗原分離株出現的主要推手。為了解氨芐青霉素抗性菌株出現的原因，研究人員篩選了大量腸道血清型鼠傷寒沙門氏菌的歷史分離株，目標是追溯這種鼠傷寒沙門氏菌分離株耐藥性出現的蹤跡。
研究結果被發表在《Lancet Infectious Diseases》（影響因子19.864）上，研究結果表明，抗生素的使用與病原菌耐藥選擇性之間的關聯可能并不像通常想象的那樣直接。
研究方法：
研究分析了于1911年至1969年收集的來自四大洲31個國家包括來自人類，動物，飼料等多種來源的共288株腸道血清型鼠傷寒沙門氏菌。研究通過全基因組測序、抗微生物藥物敏感性測試，抗性轉移實驗等手段，深入研究氨芐青霉素抗性的群體結構和機制。
測序平臺：Illumina HiSeq、Pacbio RSⅡ平臺
研究結果：
1、 抗菌素藥物敏感測試
對從多種來源分離的288株鼠傷寒沙門氏菌進行抗菌素藥敏試驗，結果表明有11個分離株（4%）對氨芐西林有抗性，其中的7株同時對其他抗菌藥物如磺胺類、甲氧芐胺嘧啶、四環素等有抗性。氨芐西林耐藥菌同時具有產生β-內酰胺酶的能力（圖1）。11株氨芐西林耐藥菌中，出現頻率最高的β-內酰胺酶基因blaTEM-1B由轉座子Tn2攜帶，位于不相容質粒組lncF和lncX1上（表1）。
圖1 各年份具氨芐西林抗性和β-內酰胺酶合成能力分離株數量圖
表1 11株抗氨芐西林鼠傷寒沙門氏菌分離株特征
2、 Tn2轉座子整合位點研究
對Tn2轉座子接頭序列的研究結果表明，以lncF質粒pSLT為例，Tn2轉座子在不同菌株中有3個整合位點。如圖2，紅色框代表包含Tn2轉座子的基因，黃色框代表抗生素抗性基因。將11個氨芐西林抗性鼠傷寒沙門氏菌分離株與STM 36-57 NalR受體菌株雜交能夠建立攜帶bla基因的不同質粒的可轉移性，結果顯示攜帶blaTEM基因質粒的9個分離株可以通過接合過程轉移氨芐青霉素抗性。
圖2 質粒pSLT中Tn2轉座子整合位點示意圖
3、 基于全基因組SNP進行系統發育分析
基于全基因組32741個SNPs構建發育樹，結果顯示11株氨芐西林抗性鼠傷寒沙門氏菌分離株被分為三組（如圖3）。
圖3 鼠傷寒沙門氏菌分離株系統發育樹（Maximum-likelihood）
結論
在研究人員收集的288株鼠傷寒沙門氏菌分離株中，有11株（4％）分離株由于攜帶了β-內酰胺酶基因及blaTEM-1基因或毒性質粒，從而獲得了對氨芐青霉素的抗性。這11個抗氨芐青霉素分離株來自三個不同的系統發生組。結果表明，腸道血清型鼠傷寒沙門氏菌的氨芐青霉素抗性傳播性在1961年銷售前已經出現，氨芐青霉素作為第一種用于治療腸桿菌科病原菌感染的廣譜青霉素，不太可能導致早期的氨芐西林抗性分離株的選擇出現。
文章索引
Alicia Tran-Dien, Simon Le Hello, Christiane Bouchier, et al. Early transmissible ampicillin resistance in zoonotic Salmonella enterica serotype Typhimurium in the late 1950s: a retrospective, whole-genome sequencing study. Lancet Infectious Diseases, Volume 18, No.2, p207–214, February 2018
