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Carbapenemase를 생산하는 imipenem 내성 세균의 특성 및 항생제 감수성
Characteristics and Antibiotic Susceptibility of Imipenem-Resistant Clinical Isolates Producing Carbapenemase 원문보기

생명과학회지 = Journal of life science, v.20 no.8 = no.124, 2010년, pp.1214 - 1220  

최한나 (순천대학교 생물학과) ,  박철 (순천대학교 생물학과) ,  김형락 (순천대학교 생물학과) ,  백근식 (순천대학교 생물학과) ,  김세나 (순천대학교 생물학과) ,  성치남 (순천대학교 생물학과)

초록
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대한민국 순천의 병원 입원 환자의 검체로부터 imipenem 내성 세균을 분리하였다. 54개의 분리균을 16S rRNA 유전자와 gyrB 유전자 염기서열 비교를 기초로 하여 계통분류학적으로 동정하였다. 분리균들은 Pseudomonas aeruginosa (30균주; 55.6%), Acinetobacter baumannii (21; 38.9%), Enterobacter hormaechei (2)와 Pseudomonas putida (2)에 속했다. 22개의 균주가 metallo-$\beta$-lactamase (MBL)를 생산하였으며 종별 구성은 다음과 같다; Acinetobacter baumannii 12균주, Pseudomonas aeruginosa 7균주, P. putida 2균주 그리고 Enterobacter hormaechei 1균주. 분리균들의 항생제 감수성은 디스크 확산법과 Vitek 을 이용하여 조사하였다. IMP 와 VIM 형의 metallo-$\beta$-lactamase를 생산하는 균주들은 OXA 와 SHV 형 $\beta$-lactamase를 생산하는 균주들에 비해 ceftazidime, aztreonam, amikacin과 gentamicin에 대한 내성율이 높았다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Imipenem-resistant bacteria were isolated from clinical specimens taken from hospitalized patients in Suncheon, Korea. Fifty-four isolates were phylogenetically analyzed based on 16S rRNA gene and gyrB gene sequence comparisons. Isolates were affiliated with Pseudomonas aeruginosa (30 strains; 55.6%...

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

  • 2007년 3월부터 2008년 2월까지 병원 환자 검체로부터 우점하는 그람음성 간균들을 분리하였다. 분리된 균주들은 디스크 확산법으로 imipenem에 내성인 균주를 일차선별하고 다시 Vitek 32 (bioMeriex, France)를 이용하여 imipenem의 MIC가 16 μg/ml 이상임을 확인 한 후 동일 환자로부터 반복 분리된 균주를 제외한 54 균주를 실험에 사용하였다.
  • Hodge 변법의 시험은 다음과 같다. E. coli ATCC 2592를 생리식염수에 희석하여 McFarland 0.5관 탁도로 맞추어 MHA평판배지에 접종하였다. 물기가 마른 후 배지 중앙에 imipenem 디스크를 올려놓은 후 중앙으로부터 배지 접시 가장 자리를 향해 시험 세균을 획선 접종 하였다.
  • Imipenem-EDTA 디스크 상승 효과 시험에서는 시험 균주를 생리식염수에 McFarland 0.5관 탁도로 맞추어 MHA배지에 접종한 후 10 μg imipenem 디스크와 0.5 mM EDTA 10μl가 함유된 디스크를 10 mm 거리가 되게 올려놓고 16-18시간 동안 배양한 후 억제대의 확장현상이 관찰되면 양성으로 판정하였다[12] (Fig. 2b).
  • 그리고 Vitek 32 GNI kit를 이용하여 동정을 실시하였다. MHA 배지에 자란 세균 집락을 0.45% (w/v) 식염수에 혼탁하여 GNI 카드에 접종한 후 배양시켰다. 1시간 간격으로 균의 증식을 확인 하며 반응 결과를 Vitek 32의 database를 이용하여 세균을 동정 하였다.
  • 분리균의 항생제 감수성 조사는 각각의 항생제가 함유된 디스크(Table 4)를 사용하여 실시하였다. McFarland 0.5관에 맞춘 세균현탁액을 MHA배지에 접종한 후 항생제 디스크를 올려놓고 37℃ 에서 16-18시간 배양한 후 억제대의 직경을 측정하였다. 감수성, 중간내성, 저항성 기준은 CLSI [3] 기준으로 하였으며 매 시험마다 대조 균주로 Pseudomonas aeruginosa ATCC 27853를 사용하였다.
  • PCR 반응액은 dNTP (각 2.5mM), MgCl2 2 mM, primer 각 20 pmol, Taq DNA polymerase (Bioneer, Korea) 0.5 U, genomic DNA 100 ng및 반응완충용액(10 mM Tris-HCl, 40 mM KCl, 1.5 mM MgCl2)에 총 부피가 50 μl가 되도록 증류수를 첨가하였다.
  • 5 mM MgCl2)에 총 부피가 50 μl가 되도록 증류수를 첨가하였다. PCR 반응은 PCR thermal cycler TP 600를 이용하였으며 PCR 반응 조건은 95℃에서 5분간 초기 denaturation 시키고, 95℃에서 30초, 59℃에서 30초, 72℃에서 40초의 cycle을 30회 반복한 후 마지막으로 72℃에서 10분 동안 반응 시켰다. PCR 산물은 2.
  • 순수 분리된 세균의 동정은 TSI (triple sugar iron) 시험과, 황화수소 생성능, indol생성능, 운동성 유무와, MR (methyl red) 반응, VP (Vogas-Proskauer) 반응, citrate 이용능과 oxidase 시험을 실시하였다[11,22]. 그리고 Vitek 32 GNI kit를 이용하여 동정을 실시하였다. MHA 배지에 자란 세균 집락을 0.
  • 그리고, 분리균의 β-lactamase유전형의 분석과 항생제에 대한 내성 양상을 조사하였다.
  • 5관 탁도로 맞추어 MHA평판배지에 접종하였다. 물기가 마른 후 배지 중앙에 imipenem 디스크를 올려놓은 후 중앙으로부터 배지 접시 가장 자리를 향해 시험 세균을 획선 접종 하였다. 37℃에서 16-20시간 배양하여 시험 균주 접종 선 중앙쪽 말단부가 다른 부위에 비해 더 넓게 증식 되면 양성으로 판정 하였다[12] (Fig.
  • 본 연구는 2007년 3월부터 2008년 2월까지 순천 S병원의 환자 검체로부터 imipenem에 내성을 지닌 세균을 분리하여 동정을 하였다. 그리고, 분리균의 β-lactamase유전형의 분석과 항생제에 대한 내성 양상을 조사하였다.
  • 분리균의 항생제 감수성 조사는 각각의 항생제가 함유된 디스크(Table 4)를 사용하여 실시하였다. McFarland 0.
  • 분리균이 MBL을 생성하는지 여부는 Hodge 변법과 imipenem-EDTA 디스크 상승 효과 시험을 통해 확인하였다. Hodge 변법의 시험은 다음과 같다.
  • 순수 분리된 세균의 동정은 TSI (triple sugar iron) 시험과, 황화수소 생성능, indol생성능, 운동성 유무와, MR (methyl red) 반응, VP (Vogas-Proskauer) 반응, citrate 이용능과 oxidase 시험을 실시하였다[11,22]. 그리고 Vitek 32 GNI kit를 이용하여 동정을 실시하였다.
  • , Japan)을 이용하여 증폭하였다. 염기서열 분석은 제노텍(Korea)에 의뢰하였다.

대상 데이터

  • 16S rRNA 유전자를 증폭하기 위해 27F (5'-AG AGTTT GATCMTGGCTCAG-3')와 1492R (5'-GGYTACCT TGTTACGACTT-3') primer를 사용하였다[4].
  • DNA gyrase (gyrB) 유전자를 증폭하기 위해 UP-1 (5'-GAA GTC ATC ATG ACC GTT CTG CAY GCN GGN GGN AAR TTY-3')와 UP-2r (5'-AGC AGG GTA CGG ATG TGC GCC RTC NAC RTC NGC RTC NGT CAT-3') primer 를 사용하였다[25].
  • 5관에 맞춘 세균현탁액을 MHA배지에 접종한 후 항생제 디스크를 올려놓고 37℃ 에서 16-18시간 배양한 후 억제대의 직경을 측정하였다. 감수성, 중간내성, 저항성 기준은 CLSI [3] 기준으로 하였으며 매 시험마다 대조 균주로 Pseudomonas aeruginosa ATCC 27853를 사용하였다. 항생제의 최소억제 농도 측정은 Vitek GNS-433 card (bioMeriex, France)로 측정 하였다.
  • 분리된 균주들은 디스크 확산법으로 imipenem에 내성인 균주를 일차선별하고 다시 Vitek 32 (bioMeriex, France)를 이용하여 imipenem의 MIC가 16 μg/ml 이상임을 확인 한 후 동일 환자로부터 반복 분리된 균주를 제외한 54 균주를 실험에 사용하였다. 미생물 분리와 디스크 확산법의 실시는 Mueller Hinton II 한천(MHA; Becton Dickinson) 배지를 이용하여 37℃ 에서 16-18시간 배양하여 사용하였다.
  • baumannii 3균주 만이 분리되었으며 대부분 VIM 형이 분리된다고 하였다[13]. 본 실험에서 사용한 균주는 2007년 3월부터 1년간 분리된 균주를 사용하였다. Imipenem 에 내성 균주 중 MBL 생성균의 비율이 40.
  • 지금까지 보고된 β-lactamase 생성과 항생제 내성에 관한 연구는 대부분 단일 균종에 대한 연구가 주로 많이 있었다. 본 연구에서는 비교적 다양한 균종을 대상으로 연구를 진행하였으며 carbapenem의 대표적 제제인 imipenem에 내성을 가진 54균주를 실험에 사용했다.
  • 분리된 균주들은 디스크 확산법으로 imipenem에 내성인 균주를 일차선별하고 다시 Vitek 32 (bioMeriex, France)를 이용하여 imipenem의 MIC가 16 μg/ml 이상임을 확인 한 후 동일 환자로부터 반복 분리된 균주를 제외한 54 균주를 실험에 사용하였다.

데이터처리

  • 45% (w/v) 식염수에 혼탁하여 GNI 카드에 접종한 후 배양시켰다. 1시간 간격으로 균의 증식을 확인 하며 반응 결과를 Vitek 32의 database를 이용하여 세균을 동정 하였다.
  • 결정된 16S rRNA 유전자와 gyrB 유전자 염기서열의 종간 유사도는 BLAST을 이용하여 GenBank 데이터베이스와 비교ㆍ검색하였다. 계통수 작성은 neighbor-joining[21]방법을 이용하였으며 진화거리는 Jukes와 Cantor [9]의 식을 이용하였다.
  • 계통수 작성은 neighbor-joining[21]방법을 이용하였으며 진화거리는 Jukes와 Cantor [9]의 식을 이용하였다. 계통수의 신뢰도는1000 회 반복을 통한 bootstrap 분석[7]을 실시하여 확인하였다.

이론/모형

  • DNA gyrase (gyrB) 유전자를 증폭하기 위해 UP-1 (5'-GAA GTC ATC ATG ACC GTT CTG CAY GCN GGN GGN AAR TTY-3')와 UP-2r (5'-AGC AGG GTA CGG ATG TGC GCC RTC NAC RTC NGC RTC NGT CAT-3') primer 를 사용하였다[25]. PCR 반응액의 조성 및 증폭 조건은 Yamamoto 등[25]의 방법으로 PCR thermal cycler TP600 (TAKARA Bio Inc., Japan)을 이용하여 증폭하였다. 염기서열 분석은 제노텍(Korea)에 의뢰하였다.
  • 16S rRNA 유전자를 증폭하기 위해 27F (5'-AG AGTTT GATCMTGGCTCAG-3')와 1492R (5'-GGYTACCT TGTTACGACTT-3') primer를 사용하였다[4]. PCR 반응액의 조성 및 증폭조건은 Baik [1]의 방법을 이용하였다. DNA gyrase (gyrB) 유전자를 증폭하기 위해 UP-1 (5'-GAA GTC ATC ATG ACC GTT CTG CAY GCN GGN GGN AAR TTY-3')와 UP-2r (5'-AGC AGG GTA CGG ATG TGC GCC RTC NAC RTC NGC RTC NGT CAT-3') primer 를 사용하였다[25].
  • 결정된 16S rRNA 유전자와 gyrB 유전자 염기서열의 종간 유사도는 BLAST을 이용하여 GenBank 데이터베이스와 비교ㆍ검색하였다. 계통수 작성은 neighbor-joining[21]방법을 이용하였으며 진화거리는 Jukes와 Cantor [9]의 식을 이용하였다. 계통수의 신뢰도는1000 회 반복을 통한 bootstrap 분석[7]을 실시하여 확인하였다.
  • 감수성, 중간내성, 저항성 기준은 CLSI [3] 기준으로 하였으며 매 시험마다 대조 균주로 Pseudomonas aeruginosa ATCC 27853를 사용하였다. 항생제의 최소억제 농도 측정은 Vitek GNS-433 card (bioMeriex, France)로 측정 하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
carbapenem 항생제에 대한 내성 기작은 어떤 것이 있나요? 그러나 최근 carbapenem 의 사용이 빈번해지면서 Pseudomonas aeruginosa, Acinetobacter baumannii, Serratia marcescens 및 Enterobacter cloacae 등에서 carbapenemase 를 생산하는 세균의 분리가 증가하고 있다. 이 항생제에 대한 내성 기작은 세포막의 penicillin binding protein (PBP)의 변화, 항생제의 투과성 감소 그리고carbapenemase에 의한 항생제의 불활성화 등이 있는데, 이중에 가장 중요한 것은 미생물들이 carbapenemase를 생산하여 carbapenem을 불활성화 시키는 것이다[16]
Imipenem에 내성을 지닌 미생물의 출현이 처음 보고된 시기와 감염균은? Carbapenem계 항생제 중 가장 먼저 개발된 대표적인 항생제가 imipenem이다. Imipenem에 내성을 지닌 미생물의 출현은 1985년 영국에서 원내 감염균인 A. baumannii[17]가 처음으로 보고되었으며 이후 P. aeruginosa[19]를 비롯한 다른 종 들이 출현하였으며 최근에는 전 세계적으로 내성 미생물의 분리빈도가 증가하고 있다.
Carbapenemase(MBL) 중 가장 많은 변이형이 나타나는 유전자형은? 현재까지 MBL은 전 세계적으로 5종류(IMP, plasmidmediated metallo-β-lactamase; VIM, Verona integron-encoded metallo-β-lactamase; SPM, São Paulo metallo-β-lactamase; GIM, metallo-β-lactamase GIM; SIM, metallo-β-lactamase SIM)의 유전자형이 보고 되었으며[2,14,15,23] 그 중 가장 많은 변이형은 IMP와 VIM 유전자형으로 각각 17개와 10개의 변이형이 보고 되었다[4]. 그 중에서도 VIM-2형과 IMP-1형이 Pseudomonas와 Acinetobacter 에서 주로 분리되고 있으며 국내 또한 분리된 대부분의 MBL 유전형은 VIM-2 형이며, IMP-1 형도 보고되고 있다[10,12]
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참고문헌 (25)

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  4. Cohen, S. N., A. C. Y. Chang, and L. Hsu. 1972. Nonchromosomal antibiotic resistance in bacteria: Genetic transformation of Escherichia coli by R- factor DNA. Proc. Natl. Acad. Sci. 69, 2110-2114. 

  5. Crespo, M. P., N. Woodfood, A. Sinclair, M. E. Kaufmann, J. Turton, J. Glover, J. D. Velez, C. R. Castaneda, M. Recalde, and D. M. Livermore. 2004. Outbreak of Carbapenem-Resistant Pseudomonas aeruginosas Producing VIM-8, a Novel 

  6. Edwards, J. R., P. J. Turner, and C. Wannop. 1989. In vitro antibacterial activity of SM-7338, a carbapenem antibiotics with stability to dehydropeptidase I. Antimicrob. Agents Chemother. 33, 215-222. 

  7. Felsenstein, J. 1985. Confidence limits on phylogenies: an approach using the bootstrap. Evolution 39, 783-791. 

  8. Jeong, S. H., K. Lee, Y. Chong, J. H. Yum, S. H. Lee, H. J. Choi, Y. M. Kim, K. H. Park, B. H. Han, S. W. Lee, and T. S. Jeong. 2003. Characterization of a new integron containing VIM-2, a metallo- $\beta$ -lactamase gene cassettes, in a clinical isolate of Enterobacter cloacae. J. Antimicrob. Chemother. 51, 397-400. 

  9. Jukes, T. H. and C. R. Cantor. 1969. Evolution of protein molecules. In Mammalian protein metabolism, pp. 21-132. Edited by H. N. Munro. New York: Academic Press. 

  10. Kim, I. S., W. I. Oh, J. H. Song, and N. Y. Lee. 2004. Screening and identification of metallo- $\beta$ -lactamase gene in clinical isolates of imipenem-resistant Pseudomonas aeruginosa. Korean J. Lab. Med. 24, 177-182. 

  11. Kovacs, N. 1956. Identification of Pseudomonas pyocyanea by the oxidase reaction. Nature (London) 178, 703. 

  12. Lauretti, L., M. I. Ricco, A. Mazzriol, G. Cornaglia, G. Amicosante, R. Fontana, and M. Rossolini. 1999. Cloning and characterization of blaVIM, a new integron-borne metallo- $\beta$ -lactamase gene form a Pseudomonas aeruginosa clinical isolate. Antimicrob. Agents Chemother. 43, 1584-1590. 

  13. Lee, K., W. G. Lee, Y. Uh, G. Y. Ha, J. Cho, Y. Chong, and the Korean Nationwide Surveillance of Antimicrobial Resistance Group. 2003. VIM- and IMP-type metallo- $\beta$ -lactamase producing Pseudomonas spp. and Acinetobacer spp. in Korean Hospitals. Emerg. Infect. Dis. 9, 868-871. 

  14. Lee, K., J. H. Yum, D. Yong, H. M. Lee, H. D. Kim, J. D. Docquier, G. M. Rossolini, and Y. Chong. 2005. Novel acquired metallo- $\beta$ -lactamase gene, bl a SIM-1, in a class 1 integron from Acinetobacter baumannii clinical isolates from Korea. Antimicrob. Agents Chemother. 49, 4485-4491. 

  15. Lee, S., Y. J. Park, M. Kim, H. K. Lee, K. Han, C. S. Kang,and M. W. Kang. 2005. Prevalence of Ambler class A and D $\beta$ -lactamases among clinical isolates of Pseudomonas aeruginosa in Korea. J. Antimicrob. Chemother. 56, 122-127. 

  16. Livingstone, D., M. J. Gill, R. Wise. 1995. Mechanism of resistance to the carbapenems. J. Antimicrob. Chemother. 35, 1-5. 

  17. Paton. R., R. S. Miles, J. Hood, S. G. Amyes, R. S. Miles, and S. G. Amyes. 1993. ARI 1: $\beta$ -lactamase-mediated imipenem resistance in Acinetobacter baumannii. Int. J. Antimicrob. Agents. 2, 81-87. 

  18. Pournaras, S., A. Tsakris, M. Maniati, L. S. Tzouvelekis, and A. N. Maniatis. 2002. Novel variant (blaVIM-4) of the metallo- $\beta$ -lactamase gene blaVIM-1 in a clinical strain of Pseudomonas aeruginosa. Antimicrob. Agents Chemother. 46, 4026-4028. 

  19. Quinn, J. P., E. J. Dudek, C. A. DiVincenzo, D. A. Lucks, and S. A. Lerner. 1986. Emergence of resistance to imipenem during therapy for Pseudomonas aeruginosa infections. J. Infect. Dis. 154, 289-294. 

  20. Rasmussen, B. A., Y. Gluzman, and E. P. Tally. 1990. Cloning and sequencing of the class B $\beta$ -lactamases gene (ccrA) from Bacteroides fragilis TAL3636. Antimicrob. Agents Chemother. 34, 1590-1592. 

  21. Saitou, N. and M. Nei. 1987. The neighbor-joining method:a new method for reconstructing phylogenetic trees. Mol. Biol. Evol. 4, 406-425. 

  22. Smibert, R. M. and N. R. Krieg. 1994. General characterization. In Methods for General and Molecular Bacteriology, pp. 607-654. Edited by P. Gebhardt, R. G. E. 

  23. Toleman, M. A., A. M. Simm, T. A. Murphy, A. C. Gales, D. J. Biedenbach, R. N. Jones, and T. R. Walsh. 2002. Molecular characterization of SPM-1, a novel metallo- $\beta$ -lactamase isolated in Latin America: report from the SENTRY antimicrobial surveillance programme. J.Antimicrob. Chemother. 50, 673-679. 

  24. Walsh, T. R., M. A. Toleman, L. Poirel, and P. Nordmann. 2005. Metallo- $\beta$ -lactamases: the quiet before the storm?. Clin.Microbiol. Rev. 18, 306-325. 

  25. Yamamoto, S. and S. Harayama. 1995. PCR amplification and direct sequencing of gyrB genes with universal primers and their application to the detection and taxonomic analysis of Pseudomonas putida strains. Appl. Environ. Microbiol. 

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