研究目的:IMP型金属β-内酰胺酶是一类广谱酶,能够水解几乎所有β-内酰胺类,特别是碳青霉烯类抗生素,编码不同IMP酶亚型的blaIMP基因在临床菌株中广泛流行。移动元件作为blaIMP快速传播的载体,其结构复杂,类型多样,但对其全面的研究较少。由本研究旨在为IMP酶和携带blaIMP的移动元件的研究提供深入的生物信息学和流行病学见解。研究方法:本研究对全国范围收集的临床分离株中的blaIMP基因进行初步的筛查。通过克隆和药物敏感性实验验证本研究新发现的三种IMP亚型的耐药表型,蛋白结构预测探究IMP点突变与耐药性改变的关联;进一步以二代和三代测序技术获得的菌株全基因组序列为基础,通过系统发育分析总结了 IMP亚型的进化及分群方案并统计各类亚型的地理分布情况:通过生物信息学分析鉴定blaIMP基因及携带blaIMP的移动元件;通过精细注释和比较基因组学分析确定携带blaIMP的移动元件的遗传学特征。研究结果:1.对19株产IMP酶的临床菌株进行三代测序,检测到3个新的IMP亚型,命名为IMP-89、IMP-91、IMP-96。三种酶对于几乎所有检测的药物具有水解能力,其中IMP-96由于获得了关键的Ser262Gly点突变,其对美罗培南的水解能力增强。2.所有91个可收集到的IMP亚型可划分为7个分组(G1至G7),IMP-89、IMP-91和IMP-96分别属于G1、G5和G4。对各个亚型首次报道的国家进行genetic marker统计,新亚型在日本和中国的检出率最高。3.经三代测序的19株菌中共发现20个不同结构的AGEs。对这20个AGEs和12个来自GenBank的参考AGEs进行详细基因结构解析和比较基因组学分析,发现这32个AGE共分为 14 个家族:(1)IncpNY8709-IMP型质粒 pNY8709-IMP;(2)IncpNY4625-IMP型型质粒 pNY4625-IMP 和 pNY4622-IMP;(3)IncpJBCL41 型质粒 pJBCL41、pNY5709-IMP、和 pNY1 1382-IMP;(4)IncpSH5-1 型质粒 pSH5-1 和 pNY7610-IMP;(5)Incp60512-IMP型质粒 p60512-IMP 和 pNY8688-IMP;(6)IncP_pCCBH28525_KPC 型质粒pCCBH28525_KPC 和 pNY5085-IMP;(7)IncW 型质粒DS-3201 IC50 R388、pPROV002-IMP 和pPROV003-1;(8)IncN1 型质粒 R46、pNY0401-IMP和pNY2385-AZD1152-HQPA MWIMP;(9)ICE Tn6879、Tn6880和Tn6881;(10)ICE Tn6417及其相关元件Tn7450和T6417RENY3045-2;(11)IME Tn6722 和 Tn66723;(12)IME Tn6591 和 Tn7449;(13)单元转座子Tn1403和Tn7447;(14)单元转座子Tn6346和Tn7448。这32个AGEs携带包括blaIMP在内的至少64种ARGs,可介导16种不同类别的抗菌药物的耐药。研究讨论:1.本研究发现了三种新的IMP亚型,并证实Ser262Gly点突变在增强特定碳青霉烯类药物耐药性上发挥关键作用。推测这种突变是抗生素选择压力造成的。2.提出了现有所有IMP亚型的分群方案。特定国家如日本和中国频繁报道IMP新亚型的发现,需要引起重视。3.本研究首次报道产IMP酶的粪产碱菌和水生丛毛单胞菌,临床上应避免这些菌种的广泛传播。4.携带blaIMP基因的移动元件复杂多样,整合子除携带该基因外其基因盒中多样的耐药基因容易造成菌种的多药耐药。其中多个碳青霉烯基因共存的移动元件有广泛流行的趋势。