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新型耐药基因传播元件：ISCR【摘要】 随着抗生素的广泛使用和滥用，细菌的耐药问题日益严重。转座子和整合子可以解释大多数耐药基因在DNA分子间的移动，但它们不能解释耐药基因移动的实质和耐药基因亚种的增长。本文介绍一类传播耐药基因元件ISCR，并阐明抗生素耐药基因广泛传播的实质。通过借鉴近几年来国内外研究的成果，概括论述ISCR因子与各类抗生素耐药基因的关系，这对耐药基因传播研究具有一定的指导意义。【关键词】 插入序列(IS)； 共同区域(CR)； 耐药基因 ABSTRACT With the widespread using of antibiotic, the issue of antibiotic resistance become more and more serious gradually. Transposon and integron systems can interpret most of the movement of resistance genes between DNA molecules, but they fail to reveal the spread of a substantial and growing subset of resistance genes. In this paper, a spread element of antibiotic resistance genes: ISCR element is introduced, and the nature of the widespread of antibiotic resistance genes is illuminated. With the research in last few years, the relationship come out between antibiotic resistance genes and ISCR elements. This will play a positive role in the aspect of spread of antibiotic genes. KEY WORDS IS; CR; Resistance genes 细菌对抗生素的耐药性再一次成为临床和科学研究的热点。新型“超级致病菌”在临床治疗中的不断出现，显示了细菌不断改变耐药形式以适应环境变化的惊人能力。因此，IS1294给我们一个先例，单拷贝的插入序列可以移动邻近的DNA序列。ISCR与IS1294的滚环复制机制一样，ISCR因子移动染色体基因是通过第一步转座到一个邻近染色体的位置，然后通过第二步移动相邻的序列到一个可结合的质粒上，再通过接合作用进入其它细菌的种属。IS1294和ISCR因子展示了一个强有力的移动系统，在理论上，它能转移任何DNA片段(图2)。与仅能转座基因盒形式的转座子系统相比，ISCR因子的系统功能更强大8。 ISCR的结构 ISCRs嵌入到复杂的第一类整合子In6和In7中，具有2154bp长度的序列，包含1个ORF序列，orf513编码功能不确定的513个氨基酸序列产物。共发现了12个ISCR，分别为ISCR1，ISCR2，ISCR12，每个ISCR的单个开放阅读框组成具有较高的同源性(图3)1。 这些不明功能基因的表达产物为彼此相连的大约500个氨基酸，且围绕中心250个氨基酸的序列具有%的同源性(图4)。但是，CRs的同源性在两个方向延伸到ORFs之外。 ISCRs与耐药基因相连2 A：oriIS和terIS1分别为ISCR1转座的起点和终点。带下划线的核苷酸序列分别为53端读取，用粗黑体字标记的核 苷酸序列与IS91、IS1294和IS801的序列相匹配7。较大的带有箭头实线代表了转录方向，带有箭头的虚线代表了复 制的方向和起始位置。灰色盒子代表复杂整合子的3端； B：转座的第一个事件是ISCR1转座与复杂一类整合子的3端相连或相邻的基因。正常情况下，转座酶将识别未知功能 的terIS1序列，但是转座酶误将相似的序列terIS2识别为terIS1。在一类复杂整合子的3端和完整的ISCR1的5 端的小片段DNA被平截，terIS1也被截掉，因此，产生了整合子ISCR1复合物。转座子复合物可能会识别与terIS1 不相似的terIS2或terIS3作为转座的终点，也可能ISCR1不具有转座的终点，那么，转座子复合物可以通过滚环复 制转座复杂一类整合子的全部基因 图2 ISCR1移动一类复杂整合子 ISCRs与许多耐药基因决定子相连(图5)2。ISCR1与编码氯霉素耐药基因(catAII)、甲氧苄氨嘧啶(dfrA10，dfrA23，dfrA3b，dfrA19)和氨基糖苷类(armA)相连，也和A类内酰胺酶(blaCTXM2，blaCTXM9，blaCTXM20，blaPER3，blaVEB3)和C类内酰胺酶(blaDHA1，blaCMY1，blaCMY8，blaCMY10，blaMOX1)相连。最近发现，与ISCR1相连的qnr基因，降低了对喹诺酮的敏感性12。ISCR2与编码耐甲氧苄啶的基因(dfrA18，dfrIX，dfrA20)，耐四环素基因(tetR)，耐氯霉素基因(floR)和耐磺胺类(sulII)相连。ISCR3存在于沙门菌属细菌基因组岛及其变种中，与qac、 dfrA10、 ereB、 yieE和yieF相连；ISCR4与blaSPM1基因相连；ISCR5与blaOXA45和ant(4)IIb相连。ISCR因子与编码超广谱内酰胺酶基因， 移动的氨苄C型 图3 ISCRs核苷酸序列的同源性对比 图4 ISCRs转座酶中心250个氨基酸序列的同源表(灰色标记为最高和最低同源性) 图5 ISCR与耐药基因相连(灰色为ISCR因子) 内酰胺酶基因和金属型内酰胺酶基因(blaSPM1)相连，且具有广泛传播这些耐药基因的潜能。 2 ISCR介导复杂一类整合子结构的形成1 在复杂的一类整合子的3保守末端处发现ISCR1，这似乎是比较特别的。可能是由于ISCR1被平截，然后易位到多种其它位置的原因。假如ISCR1比其它的ISCR因子和类似IS91转座因子的序列短，但仍然保留有转座起点oriIS和完整的转座酶基因，假设转座终点序列terIS缺失，平截3保守末端与平截ISCR1的5端，可能是同一个位置。ISCR1介导一系列的转座事件发生，转座ISCR1和一类整合子中不同长度的耐药基因盒，如catA2、dfrA、qnr和各种blaCMY基因。各种数据已经证明，ISCR1一旦在这些位置，类似于IS91的转座因子就具备了形成自由环状形式的能力。环状因子通过两种方式同源重组到一类整合子的3保守末端而得到复苏。第一种方式是环状形式的ISCR1连同耐药基因插入到普通的一类整合子的3保守末端，介导形成复杂的一类整合子，如In6和In7；另一种方式Mammeri等13报道的一个特别重组形式，环状形式的ISCR1因子连同耐药基因直接插入到带有一个ISCR1拷贝的整合子3保守末端，介导形成带有两个拷贝ISCR1因子的复杂的整合子(图6)。 图中用三个步骤来解释复杂一类整合子的结构。A：ISCR1因子的滚环复制(断开3保守末端)产生了不同长度的转座媒介。 这些中间产物转座邻近的耐药基因(如catA或qnr)到另外一个位置；B：第二个滚环复制事件产生了包括catA或qnr的环状 媒介；C：这些环状媒介重组到另一普通一类整合子的3保守末端(D和E)，从而产生了复杂的一类整合子G和H，或重组到 已经包括了一个ISCR1的F上，产生复杂的一类整合子I。图中的滚环复制和重组事件为自然界中广泛的复杂的一类整合 子的存在提供了解释 图6 ISCR1介导的复杂一类整合子结构模型 3 结论 ISCRs因子通过不受抑制的RCR转座机制移动邻近的耐药基因，且ISCRs因子仅需要单拷贝就可以移动邻近的DNA序列，因此ISCRs因子将是21世纪强有力的基因捕获系统。 【参考文献】 1 Toleman M A, Bennett P M, Walsh T R. 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