2022-07-04
《Microbiology Spectrum》
影響因子：7.171
近日，派森諾與河南農業大學合作，在微生物學領域的《Microbiology Spectrum》發表研究成果！本研究報道了一株致病性的摩氏摩根菌（Morganella morganii）的特征，該分離株含有新的轉座子Tn7376和攜帶多藥耐藥基因的基因島。這是首次報道M.morganii中含有復雜的1類整合子的新的Tn7376，且該整合子攜帶罕見的dfrA24基因。持續調查可移動遺傳原件在臨床病原菌中的流行情況，對新的耐藥基因的出現和發展提供風險評估具有重要意義。
研究背景
摩氏摩根菌（M.morganii）屬于腸桿菌科蛋白質族，是一種兼性厭氧革蘭氏陰性腸桿菌，這種細菌被認為是一種條件致病菌。由于其毒力因子的存在，包括尿素酶、溶血素和脂多糖，可以導致住院患者的感染。此外，M.morganii在自然界廣泛分布和高適應性可能會促進其傳播，這對人和動物都構成了嚴重威脅。近年來，耐藥主要是通過遺傳和移動因子誘導產生的，這導致了M.morganii的耐藥性發展。本研究的目的是分析M.morganii分離株的多藥耐藥(MDR)，并鑒定其可移動遺傳元件。
研究材料與方法
1.實驗材料：從河南1例死前出現嚴重腹瀉癥狀且肛周可見傷口的死豬肛拭標本中收集到1株耐慶大霉素和甲氧芐啶的分離菌MMAS2018
2.測序平臺：Illumina Novaseq+Nanopore
3.分析內容：細菌基因組完成圖測序、抗生素抗性基因分析、致病毒力基因分析、基因島預測、藥敏實驗等。
研究結果
對分離得到的菌株進行全基因組測序，該菌株的染色體全長為4,025,805bp，GC含量為51.07%。全基因組顯示MMAS2018共包含25個抗性基因，其中sul1基因具有4個拷貝。
表1：MMAS2018抗性表型和基因型
有趣的是，預測到的25個抗性基因中的7個基因，包括aadB, aadA1, cmlA1, dfrA24, mph(A)和兩個拷貝的sul1基因，由一個新的IS26-flanked復合轉座子攜帶（命名為Tn7376）。Tn7376的長度為21744bp，以8bp的直接重復序列（TGCCGGTG）插入到染色體基因組，其位于染色體基因組上的3,179,658 ~ 3,201,401bp，該轉座子主要由A模塊和B模塊組成。模塊A IS26-Hp-IS26-mph(A)-mrx(A) mhr - is6100 - chra -sul1- qaced1與大腸桿菌質粒(AP022369)的同源性為100%；同樣，模塊B ISCR1-sul1qacED1-cmlA1-aadA1-aadB-intI1-IS26的核苷酸同源性為100%。根據本研究中獲得的結構特征，預測了具有IS26-flanked的Tn7376是一個通過同源重組產生的新轉座子。重要的是，模塊A和模塊B通過一個2,518 bp的序列相連，該序列攜帶一個罕見耐藥基因dfrA24，該基因編碼二氫葉酸還原酶，介導甲氧芐氨嘧啶耐藥。據以前研究所知，只有在大腸桿菌株中檢測到dfrA24基因。該基因與NCBI中兩個序列記錄對應的基因的同源性均在99%以上。不同的是，這兩個dfrA24基因的長度均為558 bp，且均為大腸桿菌所含。除了mph(A)外，這些位于Tn7376上的抗性基因都由一個復雜的1類整合子組成，包括一個59保守片段(59 CS) (intI1)，兩個39 CS (qacED1-sul1)，一個共同區域ISCR1和兩個可變區域(命名為VR-1和VR-2)包含的基因，包括dfrA24。綜上所述，包括轉座子和整合子在內的上述MGEs無疑對dfrA24在M. morganii中的傳播具有重要的生物學意義。
圖1：MMAS2018分離株基因組分析
此外，通過分析具有代表性的M. morganii分離株的系統發育樹，發現MMAS2018的遺傳親緣關系與含有其他dfrA亞型的參照菌株存在較遠的親緣關系，這可能意味著攜帶dfrA24的M. morganii分離株是獨立進化的。
圖2：MMAS2018分離株系統發育樹
為了研究其功能活性，采用嵌套PCR方法，對Tn7376中含有的IS26結合序列進行反向擴增，利用引物:Cy1-F和Cy1R, Cy2-F和Cy2-R來檢測環狀中間體。因此，利用引物集Cy2-F和Cy2-R進行一代測序，得到一個20924 bp的環狀中間體，說明Tn7376可以從染色體DNA中切除，形成環狀中間體。結合實驗表明，MMAS2018分離株的Tn7376雖然進行了三次獨立的嘗試，但均無法接合到大腸桿菌J53上。綜上所述，Tn7376可能作為多藥耐藥基因的儲存庫，并可能由于IS元件的存在而促進這些基因的傳播。
除了Tn7376，在MMAS2018中鑒定了一個名為MMGI-4的抗性基因島，長度為26,476 bp，攜帶10個不同抗生素抗性基因，包括sul1、arr-3、catB3、blaOXA-1、aac(6’)-Ib-cr、aph(39)-Ia、msr(E)、mph(E)、floR和tet(a)。序列分析顯示，MMGI-4除含有IS26-aph(39)-Ia序列與莫氏變形桿菌基因島2 (MW080367)和基因島PGI2-C55 (MK847915)的堿基序列基本一致。據報道，PGI2- c55是一種新的PGI2基因島變體，其主干與PGI2相同。此外，PGI2的部分主鏈與沙門氏菌基因島SGI1和不動桿菌基因島AGI1幾乎相同。這些結果提示MMGI-4可能來源于不同原始基因島的部分結構。此外，MMGI-4含有一個額外的IS26介導的TU，它與aph(39)-Ia的相鄰IS26結合，完全屬于已知的轉座子Tn4352。該轉座子生成了一個只包含IS26和1040 bp片段的圓形中間體，通過反式PCR可以一致地檢測到Tn4352形成了一個圓形中間體。除了兩個位于Tn4352側翼的IS26拷貝外，其他兩個方向相反的IS26結合了一個更大的復合轉座子，該復合轉座子攜帶額外的msr(E)和mph(E)基因。基于這些轉座子的存在，認為IS26元素通過重組事件促進了MMGI-4中MDR區域的多樣性。
結 論
M. morganii是一種人畜共患病的人類病原體，正在獲得重要的耐多藥基因，從而對抗其感染的治療，并導致發病率和死亡率的增加。值得注意的是，IS26促進了MDR基因的積累和產生遺傳事件。在本研究中，發現IS26介導了一個攜帶罕見耐藥基因dfrA24的新型復合轉座子Tn7376。此研究表明，需要持續的調查來評估包括摩根氏桿菌在內的革蘭氏陰性菌中IS26介導的MDR基因的流行情況，這對公共衛生中細菌感染的預防和控制具有重要意義。
本研究的denovo測序和部分數據分析由上海派森諾生物科技有限公司完成。如需進一步討論，歡迎發郵件或者致電我們喲（郵箱地址：[email protected]，聯系電話：025-56165883-832）！
文章索引：
Luo X W, Liu P Y, Miao Q Q, et al. Multidrug Resistance Genes Carried by a Novel Transposon Tn 7376 and a Genomic Island Named MMGI-4 in a Pathogenic Morganella morganii Isolate[J]. Microbiology Spectrum, 2022: e00265-22.
