2022-07-04
《Microbiology Spectrum》
影响因子：7.171
近日，派森诺与河南农业大学合作，在微生物学领域的《Microbiology Spectrum》发表研究成果！本研究报道了一株致病性的摩氏摩根菌（Morganella morganii）的特征，该分离株含有新的转座子Tn7376和携带多药耐药基因的基因岛。这是首次报道M.morganii中含有复杂的1类整合子的新的Tn7376，且该整合子携带罕见的dfrA24基因。持续调查可移动遗传原件在临床病原菌中的流行情况，对新的耐药基因的出现和发展提供风险评估具有重要意义。
研究背景
摩氏摩根菌（M.morganii）属于肠杆菌科蛋白质族，是一种兼性厌氧革兰氏阴性肠杆菌，这种细菌被认为是一种条件致病菌。由于其毒力因子的存在，包括尿素酶、溶血素和脂多糖，可以导致住院患者的感染。此外，M.morganii在自然界广泛分布和高适应性可能会促进其传播，这对人和动物都构成了严重威胁。近年来，耐药主要是通过遗传和移动因子诱导产生的，这导致了M.morganii的耐药性发展。本研究的目的是分析M.morganii分离株的多药耐药(MDR)，并鉴定其可移动遗传元件。
研究材料与方法
1.实验材料：从河南1例死前出现严重腹泻症状且肛周可见伤口的死猪肛拭标本中收集到1株耐庆大霉素和甲氧苄啶的分离菌MMAS2018
2.测序平台：Illumina Novaseq+Nanopore
3.分析内容：细菌基因组完成图测序、抗生素抗性基因分析、致病毒力基因分析、基因岛预测、药敏实验等。
研究结果
对分离得到的菌株进行全基因组测序，该菌株的染色体全长为4,025,805bp，GC含量为51.07%。全基因组显示MMAS2018共包含25个抗性基因，其中sul1基因具有4个拷贝。
表1：MMAS2018抗性表型和基因型
有趣的是，预测到的25个抗性基因中的7个基因，包括aadB, aadA1, cmlA1, dfrA24, mph(A)和两个拷贝的sul1基因，由一个新的IS26-flanked复合转座子携带（命名为Tn7376）。Tn7376的长度为21744bp，以8bp的直接重复序列（TGCCGGTG）插入到染色体基因组，其位于染色体基因组上的3,179,658 ~ 3,201,401bp，该转座子主要由A模块和B模块组成。模块A IS26-Hp-IS26-mph(A)-mrx(A) mhr - is6100 - chra -sul1- qaced1与大肠杆菌质粒(AP022369)的同源性为100%；同样，模块B ISCR1-sul1qacED1-cmlA1-aadA1-aadB-intI1-IS26的核苷酸同源性为100%。根据本研究中获得的结构特征，预测了具有IS26-flanked的Tn7376是一个通过同源重组产生的新转座子。重要的是，模块A和模块B通过一个2,518 bp的序列相连，该序列携带一个罕见耐药基因dfrA24，该基因编码二氢叶酸还原酶，介导甲氧苄氨嘧啶耐药。据以前研究所知，只有在大肠杆菌株中检测到dfrA24基因。该基因与NCBI中两个序列记录对应的基因的同源性均在99%以上。不同的是，这两个dfrA24基因的长度均为558 bp，且均为大肠杆菌所含。除了mph(A)外，这些位于Tn7376上的抗性基因都由一个复杂的1类整合子组成，包括一个59保守片段(59 CS) (intI1)，两个39 CS (qacED1-sul1)，一个共同区域ISCR1和两个可变区域(命名为VR-1和VR-2)包含的基因，包括dfrA24。综上所述，包括转座子和整合子在内的上述MGEs无疑对dfrA24在M. morganii中的传播具有重要的生物学意义。
图1：MMAS2018分离株基因组分析
此外，通过分析具有代表性的M. morganii分离株的系统发育树，发现MMAS2018的遗传亲缘关系与含有其他dfrA亚型的参照菌株存在较远的亲缘关系，这可能意味着携带dfrA24的M. morganii分离株是独立进化的。
图2：MMAS2018分离株系统发育树
为了研究其功能活性，采用嵌套PCR方法，对Tn7376中含有的IS26结合序列进行反向扩增，利用引物:Cy1-F和Cy1R, Cy2-F和Cy2-R来检测环状中间体。因此，利用引物集Cy2-F和Cy2-R进行一代测序，得到一个20924 bp的环状中间体，说明Tn7376可以从染色体DNA中切除，形成环状中间体。结合实验表明，MMAS2018分离株的Tn7376虽然进行了三次独立的尝试，但均无法接合到大肠杆菌J53上。综上所述，Tn7376可能作为多药耐药基因的储存库，并可能由于IS元件的存在而促进这些基因的传播。
除了Tn7376，在MMAS2018中鉴定了一个名为MMGI-4的抗性基因岛，长度为26,476 bp，携带10个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)。序列分析显示，MMGI-4除含有IS26-aph(39)-Ia序列与莫氏变形杆菌基因岛2 (MW080367)和基因岛PGI2-C55 (MK847915)的碱基序列基本一致。据报道，PGI2- c55是一种新的PGI2基因岛变体，其主干与PGI2相同。此外，PGI2的部分主链与沙门氏菌基因岛SGI1和不动杆菌基因岛AGI1几乎相同。这些结果提示MMGI-4可能来源于不同原始基因岛的部分结构。此外，MMGI-4含有一个额外的IS26介导的TU，它与aph(39)-Ia的相邻IS26结合，完全属于已知的转座子Tn4352。该转座子生成了一个只包含IS26和1040 bp片段的圆形中间体，通过反式PCR可以一致地检测到Tn4352形成了一个圆形中间体。除了两个位于Tn4352侧翼的IS26拷贝外，其他两个方向相反的IS26结合了一个更大的复合转座子，该复合转座子携带额外的msr(E)和mph(E)基因。基于这些转座子的存在，认为IS26元素通过重组事件促进了MMGI-4中MDR区域的多样性。
结 论
M. morganii是一种人畜共患病的人类病原体，正在获得重要的耐多药基因，从而对抗其感染的治疗，并导致发病率和死亡率的增加。值得注意的是，IS26促进了MDR基因的积累和产生遗传事件。在本研究中，发现IS26介导了一个携带罕见耐药基因dfrA24的新型复合转座子Tn7376。此研究表明，需要持续的调查来评估包括摩根氏杆菌在内的革兰氏阴性菌中IS26介导的MDR基因的流行情况，这对公共卫生中细菌感染的预防和控制具有重要意义。
本研究的denovo测序和部分数据分析由上海派森诺生物科技有限公司完成。如需进一步讨论，欢迎发邮件或者致电我们哟（邮箱地址：microsupport@personalbio.cn，联系电话：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.
