다약제 내성 대장균 R plasmid의 분자유전적 기반과 replicon 형별에 의한 비적합성

Abstract

최근 다약제 내성 대장균(MDREC)이 만연하고 있으며, 특히 extended spectrum β-lactamase(ESBL) 산생균으로 인해 치료제 선택에 큰 어려움을 주고 있다. 이 연구에서는 MDREC 확산의 원인을 규명하고, R plasmid가 대장균 내에서 안정적으로 유지되고 있는 이유와 타 대장균으로 전파 후 잘 적응하고 있는 이유를 밝히며, CTX-M ESBL 산생 대장균의 확산과 발현의 원인을 규명하고자 하였다. 세균간 내성전달은 broth conjugation법으로 검사하였고, 내성유전자, replicon형별, plasmid 중독계 유전자, 인테그론 및 유전적 기반검사는 PCR과 직접 DNA서열분석법으로 검사하였다. MDREC의 빈도가 매우 높아서 치료제 선택에 어려움이 큰 현실임을 알 수 있었고, MDREC 확산의 주원인은 접합성 R plasmid를 통한 세균간 수평적 내성유전자 전달 때문으로 사료되며, R plasmid가 대장균 내에서 잘 유지되고 있는 이유는 plasmid 유지에 관여하는 plasmid 중독계가 평균 1.5개씩 존재하고 있는 것과 관련이 깊을 것으로 사료된다. R plasmid가 타 대장균으로 전파 후 잘 적응하고 있는 이유는, MDREC들이 하나의 R plasmid 안에 F계열의 replicon들을 다중으로 보유하여 숙주역을 확장함으로써 가능하였을 것으로 사료된다. CTX-M ESBL 산생균의 확산과 발현의 원인은 blaCTX-M 주위에 존재하는 ISEcp1B, IS26, IS903D 등의 transposon들의 전위와 promoter기능이 blaCTX-M의 확산과 발현을 촉진한 것으로 사료된다. ISEcp1B와 blaCTX-M 사이의 DNA간격이 일정한 규칙성을 보여 blaCTX-M이 ISEcp1B에 의해 전위가 될 때 선호하는 특정 DNA자리가 있어서 유전자별로 규칙성을 가지고 전위가 일어나는 것으로 생각된다. 다약제 내성의 원인은 다양한 내성유전자를 채집하는 능력을 가진 인테그론-유전자 카세트를 보유한 대장균이 다수 존재하고 있어서 R plasmid를 기반으로 하여 transposon들과 인테그론의 역할 등이 복합적으로 작용하여 결과적으로 다약제 내성을 초래하는 것으로 사료된다. 이 연구는 MDREC R plasmid의 분자적 특성규명에 기여함으로써 R plasmid의 확산 방지와 복제 억제 및 획득 억제 연구에 중요한 분자유전학적 정보로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

Infections caused by the multidrug resistant Escherichia coli (MDREC) with extended-spectrum β-lactamases (ESBLs) are one of the most important problems internationally. In this study, PCR-based replicon typing and addiction system analysis were tested. The genetic environment of blaCTX-M genes were analysed by amplification and direct sequencing. IncFIB and IncFIA plasmids were the most common. Many R plasmids harbored multiple replicons and all the replicons were confirmed to be located on one single plasmid. These may contribute to broadening of the host ranges of MDREC. Four kinds of addiction systems including ccdAB and pemKI were detected in R plasmids of MDREC. Stability of R plasmids in the host bacteria may be related with these addiction systems. Insertion sequence ISEcp1B was detected in the upstream of the blaCTX-M in all the isolates with blaCTX-M. ISEcp1B was disrupted by IS26 in 2 isolates with blaCTX-M-14. In conclusion, this study suggested that the widespread and the expression of CTX-M-type ESBLs may be deeply related with the transposition and promoter functions of ISEcp1B.