다약제 발생률에 대한 항균제 노출 순서의 영향

Nov 03, 2023

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 8826(2023) 이 기사 인용

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다제내성 녹농균(MDRP)은 임상에서 가장 중요한 병원체 중 하나입니다. 출현에 기여하는 메커니즘을 명확히하기 위해 우리는 전체 게놈 서열이 이미 밝혀진 P. aeruginosa PAO1을 사용하여 MDRP를 분리했습니다. 녹농균(P. aeruginosa) 감염을 치료하는 데 사용되는 카바페넴, 아미노글리코사이드 및 새로운 퀴놀론에 내성이 있는 돌연변이 균주가 분리되었습니다. 그러나 MDRP 기준을 충족하는 제품은 없습니다. 그런 다음 PAO1 균주를 다양한 순서로 이러한 항균제에 노출시켰고 노출 순서에 따라 MDRP의 출현율이 달라졌습니다. MDRP는 시프로플록사신 전에 젠타마이신을 적용했을 때 더 자주 나타났으나, 시프로플록사신을 먼저 적용한 경우에는 거의 분리되지 않았습니다. 시프로플록사신에 이어 젠타마이신에 노출되면 NfxB 돌연변이로 인해 RND형 다약제 유출 펌프인 MexCD-OprJ의 발현이 증가했습니다. 대조적으로, 겐타마이신에 이어 시프로플록사신에 노출되면 DNA 자이라제에 더 많은 돌연변이가 발생했습니다. 이러한 결과는 퀴놀론 내성 기전의 유형이 MDRP의 빈도와 관련이 있으며 MDRP 발병 위험은 겐타마이신 및 시프로플록사신에 대한 노출 순서에 크게 의존한다는 것을 시사합니다.

녹농균(Pseudomonas aeruginosa)은 항균제에 대해 높은 내재적 저항성을 보이는 기회감염 병원체입니다. P. aeruginosa는 ​​항균제의 부적절한 사용 및/또는 장기간의 투여를 통해 저항성을 획득할 수 있습니다. 많은 다약제 내성 P. aeruginosa 균주(MDRP)가 확인되었으며 세 가지 항균제, 즉 광범위한 스펙트럼의 β-락탐, 아미노글리코사이드 및 플루오로퀴놀론에 높은 내성을 나타냅니다1,2,3. MDRP에 효과적인 항생제의 수는 제한되어 있으므로 대응책이 중요합니다.

항균제의 적절한 사용을 촉진하려면 사용된 항균제와 내성 획득의 기본 메커니즘 사이의 관계를 명확히 하는 것이 중요합니다. 최근 몇 년 동안 임상 분리주에 대한 분석이 진행되어 MDRP에 대한 보다 자세한 이해가 이루어졌습니다1,2,3. 그러나 일단 MDRP가 분리되면 감수성 모균주는 이미 사라졌기 때문에 임상 환경에서 분리된 MDRP의 모균주를 찾는 것은 불가능합니다. 따라서 임상적으로 분리된 MDRP 단독 분석으로는 치료에 사용되는 항균제 유형과 이에 대한 내성 획득의 기본 메커니즘 사이의 직접적인 관계를 밝힐 수 없습니다.

본 연구에서는 전체 게놈 DNA 서열이 이용 가능한 P. aeruginosa PAO1 균주를 사용하여 MDRP를 분리하고 분석했습니다. 우리는 하나 또는 두 개의 항균제에 노출된 MDRP를 분리할 수 없었지만 세 가지 항균제에 순차적으로 노출되어 성공했습니다. 따라서 MDRP는 여러 저항 메커니즘을 쌓아서 등장했습니다. 우리는 또한 항균제 사용 순서가 MDRP의 출현에 영향을 미칠 수 있음을 발견했습니다.

우리는 임상에서 녹농균 감염을 치료하는 데 사용되는 카르베니실린(β-락탐), 이미페넴(카르바페넴), 겐타마이신 및 아미카신(아미노글리코사이드), 시프로플록사신 및 레보플록사신(플루오로퀴놀론)에 대한 P. aeruginosa PAO1로부터 약물 내성 돌연변이를 분리했습니다. 설정. 저항성 돌연변이의 출현 빈도는 7.5×10-7~1.1×10-8이었다(표 1).

540개의 돌연변이 중 무작위로 선택된 92개의 돌연변이를 대상으로 항생제 내성 스펙트럼을 조사했습니다. 이들 돌연변이체는 스펙트럼에 따라 7개 그룹으로 분류되었습니다(표 2). 68개의 돌연변이가 다약제 내성을 나타냈습니다(그룹 1-3). 이들 그룹에서 약물 내성 스펙트럼은 RND형 유출 펌프4,5,6,7의 기질 패턴과 동일하거나 유사했습니다. 각 그룹의 일부 돌연변이체에서 RND형 유출 펌프 유전자의 발현을 RT-PCR로 조사하였다. mexA의 발현은 그룹 1 돌연변이에서 상향조절되었습니다(그림 1A). mexC의 발현은 그룹 2 돌연변이체에서 관찰되었지만 PAO1에서는 검출되지 않았습니다(그림 1B). mexX의 발현은 그룹 3과 4에서 상향 조절되었습니다(그림 1C). 그룹 5로 분류된 돌연변이 균주는 카르베니실린에만 내성을 보인 것으로 보아 이들 균주에서 AmpC β-락타마제가 높게 발현되는 것으로 추측됩니다8. 그룹 6에서는 이미페넴 내성만 관찰되었으며, 외막 포린 OprD의 하향 조절된 발현이 추측되었습니다9,10. 그룹 7 돌연변이는 시프로플록사신과 레보플록사신에 대한 저항성을 나타냈는데, 이는 DNA 자이라제 또는 토포이소머라제 IV11의 돌연변이를 나타냅니다. 이미페넴 돌연변이체를 제외하고, 대부분의 돌연변이체는 다중약물 내성을 나타냈으며, 이는 다중약물 유출 펌프의 발현이 상향 조절되었음을 암시합니다. 그러나 이 방법을 사용하여 MDRP(이미페넴에 대한 MIC: 16μg/ml 이상, 아미카신: 32μg/ml 이상, 시프로플록사신: 4μg/ml 이상)로 간주되는 돌연변이는 분리되지 않았습니다.