木糖氧化无色杆菌染色体基因组固有的新β-内酰胺酶基因介导菌株天然耐药的作用机制研究

Achromobacter xylosoxidans is an opportunistic pathogen that can cause some serious infections. In recent years, infection and death rates caused by A. xylosoxidans increased dramatically, which brings great attentions widely. As A. xylosoxidans is intrinsically resistance to a broad region of antibiotics, especially to β-lactams, treatment failures are frequently encountered in clinical settings. The mechanisms of chromosomally encoded intrinsic resistance in A. xylosoxidans, however, have not been fully understood. Previously, we have sequenced the complete genome of A. xylosoxidans type strain. In this research, we plan to clone and express 4 new β-lactamase encoding genes from the genome of the type strain, and investigate the characteristics of the purified enzyme proteins and their hydrolytic actions on antibiotics; next, we’ll investigate the biological functions of these genes in their native genetic backgrounds though gene knockout; and finally, RNA-seq will be used to reveal the metabolic and regulatory networks of the genes under antibiotic stress. By using tools of Genomics, Bioinformatics, Biochemistry, Molecular Genetics and Transcriptomics, we aim to thoroughly elucidate the roles of the chromosomally encoded β-lactamases in intrinsic resistance in A. xylosoxidans. Our research will lay foundations for designing therapeutic schedules to better control A. xylosoxidans infection, establishing resistance-gene detection methods and for developing new enzyme inhibitors.

木糖氧化无色杆菌是可以导致严重感染的条件致病菌。近年来，该菌所致的感染及病死率增加趋势明显，逐渐为人们所重视。由于该菌对多类抗生素（尤其是β-内酰胺类）天然耐药，往往导致临床治疗的失败；然而其天然耐药机制尚未被完全揭示。本研究拟在前期获得了木糖氧化无色杆菌标准菌株全基因组完成图的基础之上，克隆表达其基因组编码的4个新β-内酰胺酶基因，开展酶蛋白的酶学性质、抗生素水解特性等研究；通过基因敲除等手段研究这些酶基因在菌株自身环境中介导天然耐药的生物学功能；通过转录组测序，研究菌株在抗生素胁迫条件下酶基因全局调控网络。通过上述基因组学、生物信息学、生物化学、分子遗传学和转录组学等研究工作的开展，全面揭示木糖氧化无色杆菌基因组编码的β-内酰胺酶在菌株天然耐药过程中的作用机制，为该菌感染的治疗方案的制定、相关耐药基因检测方法的建立及新的酶抑制剂的开发等提供理论基础。

木糖氧化无色杆菌是一类能够引起严重感染的重要条件致病菌。近年来，该菌导致的感染率和死亡率上升明显，引起广泛关注。木糖氧化无色杆菌最重要的特点是天然耐受多种抗生素，因此给临床治疗带来极大挑战。然而，该菌天然耐受抗生素的机制并未被完全揭示。本项目拟对杆菌的天然耐药机制进行系统分析，并着重对其基因组固有编码的β-内酰胺类抗生素进行功能和机制研究。我们从该菌的标准菌株的基因组中预测了50个与天然耐药相关的基因，其中5个编码β-内酰胺酶。这些β-内酰胺酶属于不同的家族，具有不同的底物抗生素特异性。功能实验证实它们在菌株的天然耐药过程中起到协同作用。此外，我们从临床菌株中鉴定了一个新的整合性接合元件；该元件结构复杂，经过大量重组事件所形成，在菌株的获得性耐药中极为重要。我们进一步分析了木糖氧化无色杆菌中的耐药基因与已知细菌间的转移网络，发现耐药基因在该菌和其它细菌间频繁转移。我们的研究结果对认识木糖氧化无色杆菌天然耐药及获得性耐药机制提供了新的视角，对于理解该菌的生理活动及抗生素抗性进化具有重要意义。

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