Loading article…
プラスミド媒介耐性は、プラスミドに運ばれる抗生物質耐性遺伝子の伝達である。[1]プラスミドは、自身の独立した複製を保証するメカニズムと、複製数を調節し、細胞分裂中に安定した継承を保証するメカニズムを備えている。接合プロセスによって、プラスミドはさまざまな属や界の細菌間の水平伝播を刺激することができる。[2]多くのプラスミドには、典型的には毒素-抗毒素因子に基づく中毒誘発システムが含まれており、細胞分裂中にプラスミドを継承しない娘細胞を殺すことができる。[3]プラスミドは複数の抗生物質耐性遺伝子を運ぶことが多く、多剤耐性（MDR）の蔓延に寄与している。[4] MDRプラスミドによって媒介される抗生物質耐性は、グラム陰性細菌、特に腸内細菌科によって引き起こされる感染症の治療オプションを著しく制限する。[5] MDRプラスミドの世界的な蔓延は、医療施設や食用動物の飼育時に使用される抗菌薬による選択圧によって促進されている。[6]
耐性プラスミドの特性
耐性プラスミドは、定義上、1つ以上の抗生物質耐性遺伝子を保有する。[7]これらには、毒性決定因子、[8]特定の酵素、または毒性重金属に対する耐性をコードする遺伝子が付随することが多い。[9]耐性カセットには、通常、複数の耐性遺伝子が配置されている。[7]プラスミド上に見られる抗生物質耐性遺伝子は、ベータラクタム、フルオロキノロン、アミノグリコシドなど、現在使用されているほとんどの抗生物質クラスに対する耐性を付与する。[10]
耐性遺伝子または耐性カセット全体が、組換えシステムによって同じプラスミド上で再配置されたり、別のプラスミドまたは染色体に移動されたりすることは非常に一般的です。このようなシステムの例としては、インテグロン、トランスポゾン、およびIS CR促進遺伝子動員などがあります。[7]
耐性プラスミドのほとんどは接合性であり、つまりプラスミドを他の細菌に伝達するために必要なすべての成分をコードしており、[11]これは可動性プラスミドには存在しません。それによると、可動性プラスミドはサイズが小さく（通常< 10 kb）、接合性プラスミドはサイズが大きく（通常> 30 kb）、これは細胞間の接合を可能にする接合メカニズムをコードするために必要なDNAのサイズが大きいためです。[7]
R係数
R因子は耐性因子または耐性プラスミドとも呼ばれる。これらは自己複製する小さな環状DNA要素で、抗生物質耐性遺伝子を含む。[要出典]これらは1959年に日本で初めて発見され、一部の赤痢菌株が赤痢の流行の治療に使用されるいくつかの抗生物質に対して耐性を獲得したことが発見された。赤痢菌はグラム陰性、好気性、非胞子形成、非運動性、桿菌の属である。[要出典]耐性遺伝子は、抗生物質を変更したり排出したりするタンパク質を生成する遺伝子である。これらは、抗生物質が侵入するのを防いだり、標的タンパク質の形状を変更したりすることで細菌に抗生物質耐性を与える突然変異とは異なる。[12] R因子には最大10個の耐性遺伝子が含まれることが知られている。また、線毛を構築するための遺伝子が含まれており、線毛によってR因子を他の細菌に伝達できるため、容易に拡散する可能性がある。[13] R因子は細菌間で耐性遺伝子を急速に広めるため、抗生物質耐性危機の拡大に寄与している。[14] R因子自体は伝染しない。[要出典]
耐性プラスミドの構造
R-RTF（耐性伝達因子）分子の大部分は耐性プラスミドに存在し、長さ 80～95 kb の環状 DNA 片として概念化できます。[要出典]このプラスミドは F 因子と多くの遺伝子を共有しており、大部分が相同です。[15]さらに、伝達オペロンの機能を阻害する fin 0 遺伝子があります。各 R 因子の薬剤耐性遺伝子のサイズと数は異なります。RTF は R 決定因子よりも大きいです。IS 1 要素は、RTF と R 決定因子が 1 つのユニットに結合する前に、両側で R 決定因子を分離します。IS 1 コンポーネントにより、異なる R-RTF ユニット タイプ間で R 決定因子を伝達することが簡単になります。[要出典]
耐性プラスミドの機能
- これらは自律複製、接合、アンピシリン耐性遺伝子において役割を果たします。[要出典]
- 耐性プラスミドの遺伝子により、細菌はピリ菌を産生し、抗生物質に対する耐性を獲得することができる。[7]
- 細菌中のMDR遺伝子は主に耐性プラスミドを介して伝達される。[4]
伝染 ; 感染
F因子（「F+」と呼ばれる）を含む細菌は、水平遺伝子伝達能力を有し、ドナー細菌から出現して受容細菌を捕らえ、引き込み、[16]最終的に接合橋の形成を引き起こし、制御された孔を介して2つの細菌の細胞質を融合させる性線毛を構築することができる。 [17]この孔は、プラスミドなどの遺伝物質の伝達を可能にする。接合により、必ずしも同じ種ではない2つの細菌が遺伝物質を一方的に伝達することができる。[18]多くのR因子はFプラスミドを含むため、抗生物質耐性は細菌の集団間で容易に広がる可能性がある。[19]また、R因子は、形質転換[20]またはそれほど一般的ではないがウイルス媒介形質導入[21]またはバクテリオファージを介して膜内の「DNAポンプ」に取り込まれる可能性があるが、接合は抗生物質耐性が広がる最も一般的な手段である。これらには、RTF（耐性伝達因子）と呼ばれる遺伝子が含まれています。
腸内細菌科
腸内細菌科は、環境や臨床例で最も頻繁に見つかる病原菌であるグラム陰性桿菌（桿菌）の科であり、その結果、農業、生態系、または疾患の治療における抗生物質の使用によって大きな影響を受けます。[22]腸内細菌科では、PCRベースのレプリコンタイピング（PBRT）によって28種類のプラスミドを識別できます。頻繁に報告されているプラスミド[IncF、IncI、IncA / C、IncL（以前はIncL / Mと指定）、IncN、およびIncH]には、さまざまな耐性遺伝子が含まれています。[23]
腸内細菌科に属する細菌、例えば大腸菌や肺炎桿菌は、院内感染や市中感染におけるプラスミド媒介耐性に関して最大の脅威となっている。[5]
ベータラクタム耐性
β-ラクタマーゼは抗生物質を加水分解する酵素で、典型的にはβ-ラクタム系抗生物質に対する耐性を引き起こす。これらの酵素はストレプトマイセスに多く存在し、病原性細菌および非病原性細菌で発見された関連酵素とともに、「β-ラクタマーゼスーパーファミリー」として知られるタンパク質ファミリーを形成する。[12] β-ラクタマーゼはハウスキーピングと抗生物質耐性という二重の目的も果たしているという仮説もある。[24]
腸内細菌科の耐性プラスミドには、狭域スペクトルβ-ラクタマーゼ（ペニシリナーゼなど）と広域スペクトルβ-ラクタマーゼ（ESBL）の両方が一般的です。多くの場合、複数のβ-ラクタマーゼ遺伝子が同じプラスミド上に存在し、広範囲のβ-ラクタム系抗生物質を加水分解します。[5]
広域スペクトルβラクタマーゼ（ESBL）
ESBL酵素は、カルパベペネムを除くセファロスポリンを含むすべてのベータラクタム系抗生物質を加水分解することができます。最初に臨床的に観察されたESBL酵素は、TEMやSHVなどの狭域スペクトルベータラクタマーゼの変異型でした。他のESBL酵素は腸内細菌科以外に由来していますが、同様に広がっています。[5]
さらに、ESBL遺伝子を含むプラスミドは、他の多くの抗生物質に対する耐性決定因子もコードしていることが一般的であるため、ESBL株は多くの非βラクタム系抗生物質に対しても耐性を示すことが多く、[25]治療の選択肢がほとんど残されていない。
カルバペネマーゼ
カルバペネマーゼはESBLの一種で、ESBL産生細菌に対する最後の手段と考えられているカルバペネム系抗生物質を加水分解することができます。KPC、NDM-1、VIM、OXA-48カルバペネマーゼは院内感染の原因として世界中で報告が増えています。[5]
キノロン耐性
いくつかの研究で、フルオロキノロン耐性が世界中で、特に腸内細菌科の細菌で増加していることが示されています。キノロン耐性に関連する最初の既知のプラスミド媒介遺伝子はQnrAでした。[26]キノロン耐性遺伝子は、ESBL遺伝子と同じプラスミド上に存在することがよくあります。[27] QnrS、QnrB、QnrC、およびQnrDとして知られるタンパク質は、類似する他の4つです。qnrA、qnrS、およびqnrBには多数の変異体が見つかっており、それらは連番で区別されています。[28] qnr遺伝子は、さまざまな不適合グループのMDRプラスミド上のインテグロンとトランスポゾンで発見され、カルバペネマーゼやESBLなどの多くの耐性関連分子を運ぶ可能性があります。[29]耐性機構の例としては、様々なQnrタンパク質、シプロフロキサシンとノルフロキサシンを加水分解できるアミノグリコースアセチルトランスフェラーゼaac(6')-Ib-cr 、および排出トランスポーターOqxABとQepAなどが挙げられる。[5]
アミノグリコシド耐性
xグラム陰性病原体におけるアミノグリコシド耐性は、主に薬剤をアセチル化、アデニル化、またはリン酸化させる酵素によって引き起こされます。[30]プラスミドなどの可動要素には、これらの酵素をコードする遺伝子があります。[31]アミノグリコシド耐性遺伝子は、ESBL遺伝子と一緒に見られることもよくあります。アミノグリコシド耐性は、多数のアミノグリコシド修飾酵素と16S rRNAメチルトランスフェラーゼを介して付与されます。[5]アミノグリコシド耐性は、多数のメカニズムを介して付与されます。
- アミノグリコシド修飾酵素およびアミノグリコシドの不活性化は、グラム陽性細菌とグラム陰性細菌の両方で頻繁に見られ、ヌクレオチド転移酵素、ホスホトランスフェラーゼ、またはアミノグリコシドアセチルトランスフェラーゼによって誘導されます。
- 透過性が低下します。
- 排出が促進される。
- 30Sリボソームサブユニットに変異が生じ、アミノグリコシドが結合するのを防ぐ。[32]
小さなRNA
pHK01プラスミドの宿主大腸菌J53における生理学的効果を調査する研究では、プラスミドが細菌の運動性を低下させ、ベータラクタムに対する耐性を付与することが判明した。pHK01はプラスミドにコード化された 小さなRNAを生成し、宿主sRNAの発現を媒介した。これらのsRNAは、複製、共役転移、プラスミド安定化に関与する遺伝子に対するアンチセンスであった：AS - repA3（CopA） 、AS-traI、AS-finO、AS-traG、AS-pc02。プラスミドにコード化されたアンチセンスsRNAの1つであるAS-traIの過剰発現は、宿主増殖のt1a対数期を短縮した。[33]
参考文献
- ^ San Millan A (2018年12月). 「臨床的背景におけるプラスミド媒介抗生物質耐性の進化」. Trends in Microbiology . 26 (12): 978–985. doi : 10.1016/j.tim.2018.06.007 . PMID 30049587.
- ^ 「接合（原核生物） | Scitableで科学を学ぶ」www.nature.com . 2023年1月6日閲覧。
- ^ Tsang J (2017年5月). 「細菌プラスミド依存システムと抗生物質開発への影響」.ポスドクジャーナル. 5 (5): 3–9. PMC 5542005. PMID 28781980 .
- ^ ab Nikaido H (2009年6月1日). 「細菌の多剤耐性」. Annual Review of Biochemistry . 78 (1): 119–146. doi :10.1146/annurev.biochem.78.082907.145923. PMC 2839888. PMID 19231985 .
- ^ abcdefg Schultsz C, Geerlings S (2012年1月). 「腸内細菌科におけるプラスミド媒介耐性：変化する状況と治療への影響」. Drugs . 72 (1): 1–16. doi :10.2165/11597960-000000000-00000. PMID 22191792. S2CID 42306704.
- ^ Mathers AJ、Peirano G 、 Pitout JD (2015 年 7 月)。「多剤耐性腸内細菌科細菌の蔓延における流行耐性プラスミドと国際的高リスククローンの役割」。 臨床微生物学レビュー。28 (3): 565–591。doi : 10.1128 /CMR.00116-14。PMC 4405625。PMID 25926236。
- ^ abcde Bennett PM (2008 年 3 月). 「プラスミドコード化抗生物質耐性: 細菌における抗生物質耐性遺伝子の獲得と伝達」. British Journal of Pharmacology . 153 (Suppl 1): S347–S357. doi :10.1038/sj.bjp.0707607. PMC 2268074. PMID 18193080 .
- ^ Darmancier H, Domingues CP, Rebelo JS, Amaro A, Dionísio F, Pothier J, et al. (2022年5月). 「毒性と抗生物質耐性遺伝子は関連しているか？細菌染色体とプラスミドの包括的分析」.抗生物質. 11 (6): 706. doi : 10.3390/antibiotics11060706 . PMC 9220345. PMID 35740113.
- ^ Sevim A, Sevim E (2015). 「トルコ、リゼの土壌から分離されたバチルス菌株におけるプラスミド媒介抗生物質および重金属耐性」。スレイマン・デミレル大学自然科学応用科学誌。19 (2): 133–141 – スレイマン・デミレル大学科学研究所経由。
- ^ McMillan EA、Gupta SK、Williams LE、Jové T、Hiott LM、Woodley TA、他 (2019)。「米国の食用動物に関連するサルモネラ・エンテリカに存在する抗菌薬耐性遺伝子、カセット、プラスミド」 。Frontiers in Microbiology 。10 : 832。doi : 10.3389 / fmicb.2019.00832。PMC 6479191。PMID 31057528。
- ^ Zatyka M, Thomas CM (1998). 「プラスミドおよびその他の可動性要素の接合伝達のための遺伝子の制御」FEMS Microbiology Reviews . 21 (4): 291–319. doi : 10.1111/j.1574-6976.1998.tb00355.x . PMID 25481925.
- ^ ab Peterson E、Kaur P (2018)。「細菌の抗生物質耐性メカニズム：抗生物質産生菌、環境細菌、臨床病原体の耐性決定因子間の関係」 。Frontiers in Microbiology。9 ： 2928。doi ：10.3389 / fmicb.2018.02928。PMC 6283892。PMID 30555448。
- ^ Tao S、Chen H、Li N、Wang T、Liang W (2022年7月18日)。「生体内モデルにおける抗生物質耐性遺伝子の拡散」。カナダ 感染症・医療微生物学ジャーナル。2022 ：3348695。doi ：10.1155/2022/ 3348695。PMC 9314185。PMID 35898691。
- ^ Campbell N (2018). Biology A Global Approach (第11版). ニューヨーク: ピアソン. p. 633. ISBN 978-1-292-17043-5。
- ^ Fernandez-Lopez R、de Toro M、Moncalian G、Garcillan-Barcia MP、de la Cruz F (2016)。「F様プラスミドの接合領域の比較ゲノミクス：Fの5つの色合い」。分子 生物科学のフロンティア。3 ：71。doi：10.3389 / fmolb.2016.00071。PMC 5102898。PMID 27891505。
- ^ Bragagnolo N、Rodriguez C、Samari-Kermani N、Fours A、Korouzhdehi M、Lysenko R、Audette GF（2020年9月）。「F様細菌接合におけるタンパク質ダイナミクス」。Biomedicines。8（9 ） ：362。doi：10.3390 / biomedicines8090362。PMC 7555446。PMID 32961700。
- ^ Virolle C, Goldlust K, Djermoun S, Bigot S, Lesterlin C (2020年10月). 「グラム陰性細菌における接合によるプラスミド転移：細胞レベルからコミュニティレベルまで」. Genes . 11 (11): 1239. doi : 10.3390/genes11111239 . PMC 7690428. PMID 33105635 .
- ^ “原核細胞の構造: 線毛”。2016年12月7日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2017年1月19日閲覧。
- ^ Helinski DR (2022年12月). Kaper JB (編). 「プラスミドの簡潔な歴史」. EcoSal Plus . 10 (1): eESP00282021. doi :10.1128/ecosalplus.ESP-0028-2021. PMC 10729939. PMID 35373578. S2CID 254686832 .
- ^ Burton B 、 Dubnau D (2010 年 7 月)。「膜関連 DNA 輸送マシン」。Cold Spring Harbor Perspectives in Biology。2 ( 7 ): a000406。doi :10.1101/cshperspect.a000406。PMC 2890206。PMID 20573715。
- ^ Nayerossadat N、Maedeh T 、 Ali PA (2012)。 「遺伝子送達のためのウイルスおよび非ウイルス送達システム」。Advanced Biomedical Research。1 : 27。doi : 10.4103 / 2277-9175.98152。PMC 3507026。PMID 23210086。
- ^ Dahal P (2022年5月20日). 「Enterobacteriaceae - 定義、特徴、識別」. Microbe Notes . 2023年1月9日閲覧。
- ^ Rozwandowicz M、Brouwer MS、Fischer J、Wagenaar JA、Gonzalez-Zorn B、Guerra B、他。 （2018年5月）。 「腸内細菌科の抗菌剤耐性遺伝子を保有するプラスミド」。抗菌化学療法ジャーナル。73 (5): 1121–1137。土井：10.1093/jac/dkx488。PMID 29370371。
- ^ Baquero F、Bouza E、Gutiérrez-Fuentes J 、 Coque TM（2018年1月）。「環境微生物と病原体間の染色体遺伝子移動の生態学と進化」。Microbiology Spectrum。6 （ 1）：6.1.06。doi ： 10.1128 /microbiolspec.MTBP-0006-2016。PMID 29350130 。
- ^ Hussain T、Jamal M、Nighat F、Andleeb S (2014)。「広域スペクトル抗生物質と非標的細菌の耐性：テトラサイクリン の例」純粋応用微生物学ジャーナル。8 (4): 2667–2671。
- ^ Poirel L、Rodriguez- Martinez JM、Mammeri H、Liard A、Nordmann P (2005 年 8 月)。「プラスミド媒介キノロン耐性決定因子 QnrA の起源」。 抗菌剤および化学療法。49 (8): 3523–3525。doi : 10.1128 /AAC.49.8.3523-3525.2005。PMC 1196254。PMID 16048974。
- ^ サラー FD、ソウベイガ ST、ワタラ AK、サジ AY、メトゥオル＝ダビレ A、オビリ＝イエボア D、他。 （2019年6月18日）。 「トーゴのロメにおけるESBL産生大腸菌およびクレブシエラ属におけるキノロン耐性遺伝子（qnr）の分布」。抗菌耐性と感染制御。8 (1): 104.土井: 10.1186/s13756-019-0552-0。PMC 6582466。PMID 31244995。
- ^ Azeez DA、Findik D、Hatice TÜ、Arslan U (2018)。「 トルコ、コンヤの臨床分離株大腸菌におけるプラスミド媒介フルオロキノロン耐性」。Cukurova Medical Journal。43 ( 2): 295–300。doi : 10.17826 / cumj.341637。S2CID 49553107 。
- ^ Strahilevitz J、 Jacoby GA、Hooper DC、Robicsek A (2009年10月)。「プラスミド媒介キノロン耐性：多面的な脅威」。臨床微生物学レビュー。22 (4): 664–689。doi : 10.1128/CMR.00016-09。PMC 2772364。PMID 19822894。
- ^ Ramirez MS、Tolmasky ME (2017 年12月)。「アミカシン：用途、 耐性、阻害の見通し」。分子。22 ( 12 ): 2267。doi ：10.3390/ molecules22122267。PMC 5889950。PMID 29257114。
- ^ Belaynehe KM、Shin SW、Hong-Tae P、Yoo HS（2017年8月）。「韓国の牛農場から分離された高レベルのアミノグリコシド耐性を示す大腸菌分離株におけるアミノグリコシド修飾酵素の発生」FEMS Microbiology Letters。364 （ 14）。doi ： 10.1093 /femsle/fnx129。PMID 28637330 。
- ^ Doi Y, Wachino JI, Arakawa Y (2016 年 6 月). 「アミノグリコシド耐性: 獲得性 16S リボソーム RNA メチルトランスフェラーゼの出現」.北米感染症クリニック. 抗生物質耐性: 課題と機会. 30 (2): 523–537. doi :10.1016/j.idc.2016.02.011. PMC 4878400. PMID 27208771 .
- ^ Jiang X、Liu X、Law CO、Wang Y、Lo WU、Weng X、et al. (2017年7月)。「CTX-M-14プラスミドpHK01は新規の小さなRNAをコードし、宿主の成長と運動性に影響を与える」。FEMS Microbiology Ecology。93 ( 7 ) 。doi：10.1093/femsec/fix090。PMID 28854680。
さらに読む
- Strahilevitz J、 Jacoby GA、Hooper DC 、 Robicsek A (2009 年 10 月) 。「プラスミド媒介キノロン耐性: 多面的な脅威」。臨床微生物学レビュー。22 (4): 664–689。doi : 10.1128/CMR.00016-09。PMC 2772364。PMID 19822894。
- Nordmann P、Poirel L (2005 年 9 月)。「腸内細菌科におけるキノロンに対するプラスミド媒介耐性の出現」。抗菌化学 療法ジャーナル。56 (3): 463–469。doi : 10.1093/jac/dki245。PMID 16020539。
- Oktem IM、Gulay Z、Bicmen M、Gur D (2008 年 1 月)。「トルコの広域スペクトル β-ラクタマーゼ陽性腸内細菌科分離株における qnrA の有病率」。 日本感染症学会誌。61 (1) : 13–17。doi : 10.7883 /yoken.JJID.2008.13。PMID 18219128。S2CID 24744915 。
- Chen LP、Cai XW、Wang XR、Zhou XL、Wu DF、Xu XJ、Chen HC (2010 年 10 月)。「Haemophilus parasuis の野外分離株におけるプラスミド媒介リンコサミド耐性の特徴」。抗菌化学療法ジャーナル。65 (10): 2256–2258。doi : 10.1093/jac/ dkq304。PMID 20699244 。