碳青霉烯酶的一些基础知识（一）

御剑迎风

   产碳青霉烯酶作为细菌（尤其是革兰阴性杆菌）主要耐药机制，自1982年英国首次从粘质沙雷菌中分离出碳青霉烯酶以来，全球已陆续报道70余种碳青霉烯酶。由于产酶编码基因位于染色体或质粒上，可以快速整合至细菌中，特别是临床分离的铜绿假单胞菌、鲍曼不动杆菌、肺炎克雷伯菌和大肠埃希菌对碳青霉烯类抗生素耐药率不断增高，给临床治疗和医院感染防控带来巨大的挑战。那么有关碳青霉烯酶的一些基础知识，您是否都了解呢？
   

1.碳青霉烯酶的起源与进化

  碳青霉烯酶实际上是一种很古老的生物酶，最早可能出现于10亿~20亿年前，随后进化并整合至环境细菌中。近年来，在抗生素的选择压力作用下，耐药基因从环境细菌中不断脱离并加速整合至临床致病菌株中。根据氨基酸序列同源性以及分子结构特点，可将碳青霉烯酶分为A、B、D三类（Ambler分类法），其中A类为丝氨酸蛋白酶，B类为金属酶，D类为OXA酶。

1.1 A类碳青霉烯酶

  A类碳青霉烯酶是一个异基因家族，其氨基酸同源性只有32%-70%，多数酶起源与土壤微生物有关。系统发育树显示A类碳青霉烯酶可分为KPC、GES、SME、IMI/NMC-A、SHV以及SFC这6个远亲分枝。①KPC家族：KPC酶主要在CRKP（Carbapenems resistant Klebsiella pneumoniae，CRKP）内检出，Genbank已收录的14种KPC亚型酶同源性为99%，差异主要表现为氨基酸103、239、272位点的替代。②GES家族：已从铜绿假单胞菌、阴沟肠杆菌和肺炎克雷伯菌中分离出9种GES亚型酶，生物信息学分析显示欧洲和南非分离的GES酶全长1020bp，而南美洲地区分离株全长929bp，缺失的59bp与地理屏障导致的独立进化有关。③SHV家族：目前已发现100多种SHV亚型酶，SHV-1与TEM-1氨基酸序列最接近，但也只有63.7%的同源性，家族亚型与SHV-1多个点突变有关。④SME家族：该家族仅报道3种亚型且全部分离自粘质沙雷菌，有1~2个氨基酸位点发生替代。⑤IMI/NMC-A家族：IMI和NMC-A虽然分离于不同国家的阴沟肠杆菌，但这两个酶家族仅存在2~8个位点差异，且主要位于阴沟肠杆菌的染色体上，目前只有IMI报道2个亚型。⑥SFC家族：SFC-1是居泉沙雷菌染色体编码的耐药基因，只存在于环境分离菌株中，未有其他亚型的报道。

1.2  B类碳青霉烯酶

  B类碳青霉烯酶也是一个异基因家族，目前已发现NDM家族，IMP家族，VIM家族，SIM、SPM和GIM等基因家族，细菌多通过外源性获得，非发酵的革兰阴性杆菌以及与肠杆菌共存的环境细菌可能是其来源。虽然不同酶之间的一级结构只有18%~67%的同源性，但三维结构呈现出高度的相似性，需与锌离子结合发挥催化活性。①NDM家族：至今已报道16种亚型（NDM-1至NDM-16），多为NDM-1的15个不同位点突变体，部分点突变可增强细菌对碳青霉烯类抗生素的水解活性。②IMP家族：包括48种亚型，主要分离于临床常见革兰阴性菌，多由IMP-1突变产生，家族氨基酸序列一致性为78%~99%。③VIM家族：已发现的41种亚型酶主要分离自肠杆菌科细菌，部分来自铜绿假单胞菌，虽然家族氨基酸序列一致性在77%以上，但三维结构的差异导致酶的动力学特征有明显区别[9]。④SIM、SPM和GIM家族：这三型金属酶主要分离自铜绿假单胞菌或鲍曼不动杆菌，与其他金属酶相比一致性较低且家族亚型报道较为少见。

1.3  D类碳青霉烯酶

  目前已发现的200多种OXA酶中有47种酶具有水解碳青霉烯类抗生素的功能，根据氨基酸序列的差异可将这类OXA酶分为至少6个家族，家族内整体同源性高达92.5%~99%，但不同家族之间同源性只有40%~70%。基因测序显示多种D类OXA酶与我国厦门沿海沉积物中的Shewanellaxiamenensis基因组同源性较高，推测该类酶可能起源于水生环境中的肠杆菌科。①OXA-23家族：目前研究最多的D类碳青霉烯酶，氨基酸同源性高达99%，多分布于不动杆菌、奇异变形杆菌和肺炎克雷伯菌中，部分基因位点可作为特定物种的标识。②OXA-40家族：最早将OXA-40/24型酶认定为不同酶类，但二代测序发现两者并无区别，后将5种与OXA-40同源性超过99.0%的酶命名为OXA-40家族，其基因主要位于染色体或质粒上。③OXA-51家族：是目前发现亚型最多的一族，也是鲍曼不动杆菌唯一天然携带的基因型。该家族酶对碳青霉烯类药物水解能力较弱，当基因上游存在插入序列ISAbal时可显著增强水解活性。④OXA-58家族：该家族基因主要由质粒携带，通过其他耐药机制协同产生高耐药性，也可由插入序列ISAba3调控表达，但易被其他插入序列打断。⑤OXA-48家族：该家族酶仅在肠杆菌科中报道，是医院感染暴发或传播的主要致病菌。基因测序提示它们与水生环境中的希瓦氏菌和肠杆菌科细菌同源性较高，但对碳青霉烯类药物耐药性一般。⑥其他OXA家族：OXA-143家族和OXA-235家族是两种新型质粒介导的D类碳青霉烯酶，可与其他OXA酶协调而降低碳青霉烯类药物的作用，其基因两端由相似的复制酶基因组成，不受插入序列和整合子结构的影响。

小白天使

碳青霉烯酶的起源与进化
  碳青霉烯酶实际上是一种很古老的生物酶，最早可能出现于10亿~20亿年前，随后进化并整合至环境细菌中。
好厉害的  碳青霉烯酶！！！
谢谢老师！！！

御剑迎风

这是我马上要发表的综述内容   后期我还会修改  让大家的可读性更强~

我是一个小妮子

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ynosmile

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lyluoxiuhua

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jiner

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5110241977

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枫桥三贤

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houhe123

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