当前位置: 首页 > 期刊 > 《中华传染病杂志》 > 1999年第2期
编号:10242221
多重耐药大肠杆菌中的主动外排机制
http://www.100md.com 《中华传染病杂志》 1999年第2期
     作者:张小林 汪复 朱德妹

    单位:上海医科大学华山医院抗生素研究所 200004

    关键词:大肠杆菌;耐药机制;主动外排系

    中华传染病杂志/990204 摘要 目的 研究主动外排系统在多重耐药大肠杆菌中的作用。方法 用抽滤法测定了3H-四环素和3H-青霉素在临床分离的大肠杆菌中的积聚。结果 在临床分离的多重耐药大肠杆菌中四环素和青霉素稳态浓度均显著低于敏感株;供能时稳态浓度明显下降,给予能量抑制剂后细胞内药物浓度则又显著上升,而敏感株变化不明显。LM313.1(大肠杆菌野生株AG100经诱导产生的多重耐药株)对四环素的积聚及对CCCP的反应与临床分离多重耐药株一致,而LM313.5(LM313.1经噬菌体将Tn5插入marA并使之失活的突变株)与临床分离的敏感株一致。结论 多重耐药大肠杆菌中存在四环素和青霉素的主动外排系统。主动外排系统是其形成多重耐药的机制之一。
, 百拇医药
    Active efflux of tetracycline and penicillin

    in multiple-antibiotic-resistant (Mar)

    Escherichia coli

    ZHANG Xiaolin, WANG Fu, ZHU Demei. Institute of Antobiotics, Huashan Hospital, Shanghai Medical University, Shanghai 200040

    Abstract Objective To investigate the active efflux system of antibiotics in multiple-antibiotic-resistant (Mar) Escherichia coli. Methods The accumulation of 3H-tetracycline and 3H-penicillin were determined using filtration method.Results The steady concentration of drugs in Mar strains of Escherichia coli were significantly lower than those in susceptible strains. Moreover, in Mar strains, the steady concentration significantly decreased with energy supply and remarkably increased with inhibition of energy supply; however, in the susceptible strain, the change was not significant. In LM313.1 (Mar mutant of wild strain AG100), the accumulation of tetracycline and penicillin was similar to clinical Mar strains, while in LM313.5(marA in LM313.1 inactived by insertion of Tn5), the accumulation of tetracycline and penicillin was similar to susceptibile isolates.Conclusion There are active efflux pump(s) of tetracycline and penicillin in Mar Escherichia coli, which plays an important role in multiple-antibiotic-resistance.
, 百拇医药
    Key words Escherichia coli Active efflux Resistance mechanism

    细菌的耐药机制非常复杂。常见的耐药机制包括抗菌药物灭活酶(钝化酶)的产生、抗菌药物作用靶位的改变以及细胞膜通透性的改变。然而,这些机制尚难以完全解释多重耐药菌株对许多化学结构完全不同的抗菌药物所产生的高度耐药性[1]。近年来的研究表明,在一些细菌中存在主动外排现象,即细菌能够将扩散进细胞内的多种抗菌药物主动泵出细胞外,从而使细菌获得耐药性[1,2]。本文作者研究了临床分离的多重耐药(multiple-antibiotic-resistant,Mar)大肠杆菌对四环素和青霉素的主动外排机制,报道如下。

    材料和方法

    一、试剂

    3H-四环素(DuPont 0.77Ci/mmol);3H-青霉素(Amershan 21.0Ci/mmol);氰氯苯腙(carbonylcyanide-chlorphenylhydrazone,CCCP)(Sigma);LB肉汤(Luria-Bertani broth)pH7.0每升含NaCl 10g胰蛋白胨10g,酵母抽提物5g。
, http://www.100md.com
    二、菌株

    LM313.1为大肠杆菌野生株AG100经氯霉素诱导的耐药株,LM313.5是LM313.1经噬菌体将Tn5插入marA并使之失活的突变株(美国Tufts大学的Levy SB博士赠送)。

    对上海医科大学华山医院1994~1995年度临床分离的大肠杆菌进行筛选。以对氯霉素(Chl)、四环素(Tet)、哌拉西林(Pip)、庆大霉素(Gen)、诺氟沙星(Nor)、环丙沙星(Cip)均耐药的菌株作为多重耐药株,均敏感的菌株作为敏感野生株。筛选标准见表1。

    表1 大肠杆菌耐药和敏感标准(MIC μg/ml)

    抗 菌 药 物

    Pip

    Gen
, http://www.100md.com
    Tet

    Chl

    Nor

    Cip

    耐药

    ≥128

    ≥8

    ≥16

    ≥32

    ≥16

    ≥4

    敏感

    ≤4

, 百拇医药     ≤0.5

    ≤1

    ≤2

    ≤1

    ≤0.25

    三、最低抑菌浓度(MIC)测定

    以琼脂稀释法测定抗菌药物对大肠杆菌的MIC。

    四、大肠杆菌对四环素和青霉素积聚试验

    从MH琼脂平板上挑取新鲜纯分的大肠杆菌单个菌落,于200ml LB肉汤37°C培养至A530=0.7~0.8,收集细菌并悬浮于磷酸钠缓冲液(pH6.0,含1mmol/L MnSO4、0.2%葡萄糖或不含葡萄糖)中,达120倍A530值,37°C水浴,加入3H-四环素或3H-青霉素,使其终浓度为5μmol/L,分别于1、5、10、15分钟取样50μl,然后加入CCCP(终浓度为250μmol/L或葡萄糖终浓度为0.2%),每隔5分钟取样一次,加入葡萄糖者取样二次后,加入CCCP,再每隔5分钟取样。所取样品均置于磷酸钠缓冲液(含0.1mol/l LiCl)1ml中,冰水浴,抽滤(Φ0.45μmol/L),干燥,液体闪烁计数器计数。大肠杆菌细胞内抗菌药物浓度以pmol/mg(蛋白)计。结果
, http://www.100md.com
    一、选择菌株对6种抗菌药物的敏感性(MIC μg/ml)

    见表2。

    表2 选择大肠杆菌对抗菌药物的敏感性(MIC μg/ml) 菌株

    抗 菌 药 物

    Pip

    Gen

    Tet

    Chl

    Nor

    Cip

    R12

    ≥256
, http://www.100md.com
    ≥16

    ≥32

    ≥64

    ≥32

    ≥8

    R28

    ≥256

    ≥16

    ≥32

    ≥64

    ≥32

    ≥8

    S36
, http://www.100md.com
    ≤4

    ≤0.5

    ≤1

    ≤2

    ≤1

    ≤0.25

    LM313.1

    4

    0.25

    4

    ≥64

    0.5

    0.125
, 百拇医药
    LM313.5

    0.06

    0.25

    0.25

    8

    0.03

    0.016

    ATCC25922

    1

    1

    0.5

    2

    0.5
, http://www.100md.com
    0.008

    从临床分离菌株中筛选出多重耐药株R12、R28,敏感株S36。

    二、临床分离大肠杆菌敏感株S36和多重耐药株R28、R12对四环素的积聚

    加入3H-四环素大约1分钟后,R28、R12、S36细胞内四环素均达稳态浓度,R28的稳态浓度约为S36的40%,R12为S36的50%。加入CCCP后,R12、R28中四环素浓度上升了1倍多,而S36上升不明显。见图1。

    图1 大肠杆菌多重耐药株R12、R28和敏感株S36对四环素的积聚

    三、葡萄糖和能量抑制剂对R12四环素的积聚的影响
, http://www.100md.com
    将多重耐药株R12悬浮于缓冲液中并分为A和B两部分,A中含0.2%葡萄糖,B中不含葡萄糖。A中大肠杆菌细胞内四环素稳态浓度约为B的60%,加入CCCP后,四环素稳态浓度上升了1倍余。B中加入葡萄糖,细胞内四环素浓度下降了40%,再加入CCCP又上升了50%。见图2。

    图2 R12对四环素的积聚

    四、临床分离大肠杆菌对青霉素的积聚

    当悬浮液中不含葡萄糖时,S36和R12细胞内青霉素稳态浓度相似。加入葡萄糖后,S36细胞内浓度轻度下降,R12下降到原来浓度的1/3。加入CCCP后,两者青霉素浓度上升到相似的水平。R28含葡萄糖,加入CCCP后,青霉素稳态浓度上升了3倍。

    五、LM313.1和LM313.5对四环素的积聚
, http://www.100md.com
    LM313.1细胞内四环素稳态浓度约为LM313.5的60%。加入CCCP后,LM313.5细胞内四环素浓度轻度上升,LM313.1细胞内四环素浓度上升了近一倍。

    讨论

    本实验测定了临床分离的敏感和多重耐药大肠杆菌对四环素的积聚,发现耐药株和敏感株细胞内四环素均在加入药物后1分钟左右达稳态浓度,而多重耐药株中四环素稳态浓度显著低于敏感株。推测这并非是由于外膜通透性降低的结果,而可能由于在多重耐药株中存在着一种由Tet蛋白构成的高水平外排系统,使细菌胞浆内的四环素浓度显著降低[3]。加入能量抑制剂CCCP后,多重耐药株细胞内四环素稳态浓度显著上升。而且R12中四环素稳态浓度在无能量时显著高于供能(葡萄糖)时,而加入葡萄糖后,细胞内四环素稳态浓度则显著下降。在对青霉素的积聚试验中亦发现,不提供能量时,R12和S36细胞内青霉素稳态浓度相似,加入葡萄糖后,R12细胞内青霉素浓度显著下降,而S36下降不明显。众所周知,生物体内对物质的主动运输过程都是一种耗能的过程。在本组资料中,多重耐药大肠杆菌细胞中抗菌药物浓度的这种呈能量依赖的降低,表明其中存在对这些抗菌药物的主动排出过程,即存在能泵出这些药物的主动外排系统[4,5]
, 百拇医药
    青霉素的作用靶位是PBPs(青霉素结合蛋白),其位置处于细胞外膜上。细菌内膜对β-内酰胺类药物的通透性较低[6]。因此,这些药物就有可能积聚在胞周间隙或细胞膜双层脂质的外层,主动外排系统如果不能将这部分药物排出细胞外的话,不但不能明显降低整个细菌细胞内的药物含量,亦不能使细菌产生有效的耐药性。我们的实验结果提示,大肠杆菌对青霉素的耐药亦可能有主动外排机制的参予。

    但是,主动外排系统能否有效地使大肠杆菌细胞内抗菌药物浓度降低并产生耐药性,不但取决于该系统本身外排功能强度,而且与抗菌药物扩散进细胞内的速度有关,即抗菌药物“内流”速度与主动外排速度即“外排”速度之间的差异。只有“外排”速度大于“内流”速度,才能使细胞内药物浓度降低,产生耐药性。在研究中发现多重耐药大肠杆菌一般存在外膜通透性降低[7],药物“内流”速度下降,主动外排系统能够有效地使细胞内药物浓度降低,导致耐药。因此,在多重耐药大肠杆菌株,外膜通透性的降低与主动外排系统的协同作用可导致高度的耐药性。
, http://www.100md.com
    目前在对一些主动外排系统的研究中发现,主动外排系统的底物大多相当广泛[8]。因此,我们发现的对四环素和青霉素的主动外排是否由于同一种主动外排系统所致尚不清楚。

    在多重耐药大肠杆菌中,Mar(多重耐药)操纵子决定了多重耐药的表型。大肠杆菌LM313.1和LM313.5对四环素积聚的差异表明主动外排系统的表达与Mar有关。有实验也观察到在大肠杆菌Mar突变株中,主动外排系统acrAB的表达增加[9]。但主动外排系统的表达与Mar操纵子之间的确切关系还需进一步研究。

    本课题为国家自然科学基金资助项目(编号:39570832)

    参考文献

    1 Nikaido H. Multidrug efflux pumps of gram-negative bacteria. J Bacteriol, 1996, 178:5853-5859.
, 百拇医药
    2 Nikaido H. Preventing of drug access to bacterial targets: permeability barriers and active efflux. Sicence, 1994, 264:382-388.

    3 Thanassi DG, Suh GSB, Nikaido H. Role of outer membrane barrier in efflux-mediated tetracycline resistance of Escherichia coli. J Bacteriol, 1995, 177:998-1007.

    4 LI XZ, Livermore MD, Nikaido H. Role of efflux pump(s) in intrinsic resistance of pseudomonas aeruginosa: resistance to tetracyclin, chloramphenicol, and norfloxacin. Antimicrob Agents Chemother, 1994, 38:1732-1741.
, 百拇医药
    5 Levy SB. Active efflux mechanism for antimicrobial resistance. Antimicrob Agents Chemother, 1992; 36:695-703.

    6 LI XZ, DA D, Livermore DM, et al. Role of efflux pump(s) in intrinsic resistance of pseudomonas aeruginosa:active efflux as a contributing factor to β-lactam resistance. Antimicrob Agents Chemother, 1994, 38:1742-1752.

    7 Nikaido H. Outer membrane barrier as a mechanism of antimicrobial resistance. Antimicrob Agents Chemother, 1989,33:1831-1836.

    8 Lewis K. Multidrug resistance pumps in bacteria: variations on theme. Trends Biochem Sci, 1994,19:119-123.

    9 Ma D, Cook DN, Alberti M, et al. Genes acrA and acrB encode a stress-induced efflux system of Escherichia coli. Mol Microbiol 1995,16:45-55.

    收稿:1998-03-19 修回:1998-07-15, http://www.100md.com