第三节　质粒介导的耐药

一、质粒的分类与特征

质粒（plasmid）是细菌染色体以外的遗传物质，是环状闭合的双链DNA分子，存在于细胞质中，具有自主复制的能力，所携带的遗传信息能赋予宿主菌某些生物学性状。许多质粒既可以游离在细胞质中，也可以整合在宿主细菌的染色体上。

1.质粒分类

（1）根据质粒能否通过细菌的接合作用传递可分为：

接合性质粒和非接合性质粒。F质粒和部分R质粒属于接合性质粒，接合性质粒基因包括四部分：①与DNA复制有关的基因；②与控制拷贝数量和分区有关的基因；③与基因转移或接合传递有关的基因；④与耐药、耐重金属及分解复杂有机物有关的基因。

接合性质粒较大，一般为40～100kbP，如F质粒和多数的R质粒。接合性质粒因带有与接合传递有关的基因（tra等），因此可编码性菌毛，使质粒基因所携带的生物性状通过接合方式传递。由于大多数耐药基因可位于革兰阳性菌和革兰阴性菌的接合性质粒上，耐药性的接合传递可在同一种属细菌间和不同种属细菌间进行，而且这种传递方式在革兰阴性菌中更为突出，使细菌的耐药性迅速传播，耐药菌株不断增加。

非接合性质粒较小，一般在15kbP以下，如大肠菌素质粒ColE1。非接合性质粒不含与接合传递有关的基因，但质粒基因在一定条件下可通过与其共存的接合性质粒的诱动或通过温和噬菌体转导而传递（图8-3）。

（2）根据质粒基因编码的生物学性状可分类为：

①致育质粒或称F质粒（fertility plasmid）与有性生殖功能关联，带有F质粒的细菌为雄性菌，具有性菌毛；无F质粒的细菌为雌性菌，无性菌毛。② 耐药性质粒（resistance plasmid）编码细菌对抗菌药物或重金属盐类的耐药性。耐药性质粒分为两类，其中可以通过细菌间的接合方式进行基因传递的称接合性耐药质粒，又称R质粒；另一类则不能通过接合进行传递的称非接合性耐药质粒，但此耐药基因可通过温和噬菌体传递。③毒力质粒或Vi质粒（virulence plasmid）编码与该菌致病性有关的毒力因子。④细菌素质粒不同细菌的细菌素质粒可编码产生不同的细菌素，如Col质粒（Coliciogenic plasmid）可编码大肠埃希菌产生大肠菌素。⑤代谢质粒编码产生与代谢相关的许多酶类。含这类质粒的细菌，能将复杂的有机物降解为能被作为碳源和能源利用的简单形式。

（3）根据质粒能否共存于一个细胞可分为：

相容性质粒和不相容性质粒，常用于流行病学调查。质粒基因基于DNA复制机制可分为几个不相容组，这决定了质粒的宿主范围。不同质粒有不同的宿主。某些质粒的宿主范围狭窄，只能在一些亲缘关系较近的细菌间存在，如IncF质粒只能存在于几种有限的肠杆菌科细菌中；某些质粒的宿主范围则较广，如IncP-1质粒可存在于各种肠杆菌科细菌、假单胞菌属和许多其他革兰阴性菌中。然而，不是所有类型的质粒都能稳定共存于同一细菌。两种结构相似密切相关的质粒不能稳定共存于一个宿菌的现象称为质粒的不相容性（incompatibility），是由质粒间具有相同或相似的复制及分配调控机制所决定的。反之，几种不同的质粒同时共存于一个菌细胞内则称相容性，这是由质粒复制时对宿主菌的依赖程度决定的，不同质粒在复制时所需的复制酶和在菌体中的复制部位等均不产生竞争抑制，故可相容。

2.质粒DNA的特征

质粒具有自我复制的能力，一个质粒是一个复制子（replicon），在菌体内可复制出拷贝（copy）。拷贝数低，如F质粒只有1～2个，这种质粒的复制往往与染色体的复制同步，称为紧密型质粒（stringent plasmid）；拷贝数高，为10～60个或更多，可随时复制，与染色体的复制不相关，称松弛型质粒（relaxed plasmid），一般小质粒拷贝数高。质粒DNA所编码的基因产物能赋予细菌某些性状特征，有利于细菌在特定的环境中生存，如致育性、耐药性、致病性和某些生化特性等。质粒可自行丢失与消除，或经紫外线等理化因素处理后消失，随着质粒的丢失与消除，质粒所赋予细菌的性状亦随之消失，但细菌仍存活。质粒可通过接合、转化或转导等方式在细菌间转移基因。

二、耐药性质粒

1959年，日本学者在多重耐药痢疾志贺菌的研究工作中，首先发现耐药性质粒（resistance plasmid），简称R质粒。近年来，这种由质粒介导耐药性的严重性，在临床和流行病学上引起极大重视。R质粒可存在于革兰阳性和阴性菌中，它不但能遗传给子代，还可通过接合而产生新的耐药菌株。根据耐药质粒能否借接合而转移，将耐药质粒分为接合性耐药质粒和非接合性耐药质粒。接合性耐药质粒由 耐药传递因子（resistance transfer factor，RTF）和 耐药决定因子（resistance determinants，r-det）两部分构成。前者编码宿主菌产生接合和自主复制的蛋白，决定自主复制与接合转移，有传递基因功能；后者能赋予宿主菌耐药性，可含有多个转座子（Tn）或 耐药基因盒（resistance gene cassettes），构成一个多耐药基因的复合体，这是造成细菌多重耐药的原因（图8-4）。耐药质粒的危害性在于它们能使宿主菌具有耐药性；又由于它们的致育性，能从耐药菌传递给敏感菌，使后者产生抗药性，并能传至后代。R质粒不仅在同一种属细菌间转移，而且可在不同种属细菌间相互传递，造成耐药性的广泛传播。带有多个耐药基因的R质粒转移，导致多重耐药的肠道杆菌日益增加，给临床治疗带来很大困难。这种质粒介导的多重耐药性菌株不但治疗困难，亦难控制其流行，常常引起医院内感染的早发流行。许多医院内感染资料表明，院内感染分离而来的耐药菌株中，R质粒检出率达50%～100%。这种现象，给病情危重的住院患者增添了新的危险。目前多重耐药的沙门菌、志贺菌、变形杆菌、阴沟肠杆菌等革兰阴性杆菌已大量存在于人和动物肠道中，大肠埃希菌比其他致病菌更易接受R质粒，已成为人和动物体内耐药基因的储存库。