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임상 검체에서 분리된 Escherichia coli의 extended-spectrum β-lactamase 성상

Title
임상 검체에서 분리된 Escherichia coli의 extended-spectrum β-lactamase 성상
Other Titles
Characteristics ofextended-spectrum β-lactamase of escherichia coli strains isolated from clinical specimens
Authors
이선화
Issue Date
2000
Department/Major
대학원 의학과
Publisher
이화여자대학교 대학원
Degree
Doctor
Advisors
정화순
Abstract
Recently Escherichia coli isolates with extended-spectrum β-lactamase (ESBL) have been increased in Korea. ESBL, such as plasmid-mediated class A TEM or SHV-type enzymes, have developed by stepwise mutations in their structural genes, resulting in either single or multiple amino acid changes in the encoded enzymes. They confer variable levels of resistance to cefotaxime, ceftazidime and other broad-spectrum cephalosporins as well as to monobactams such as aztreonam, but they have no resistant against cephamycins and carbapenems. Recently, new plasmid-mediated ESBL, not derived from the TEM or SHV family but related to cephalosporinases of Enterobacteiaceae(AmpC enzymes), and that confer resistance to 3rd-generation cephalosporins, including cephamycins such as cefoxitin have been reported. The aim of this study was to characterize the ESBL produced by E. coli strains isolated from clinical specimens. From March to July, 1998, a total of 93 clinical isolates of E. coli, which was produced ESBL, were collected from patients of the Asan Medical Center. The isolates flagged as ESBL producers by microbroth dilution antibiotic susceptibility test were confirmed by the double disk synergy test. Minimal inhibitory concentration (MIC) of β-lactams were determined by agar dilution method. The presence of TEM, SHV or CMY-1 gene was determined by polymerase chain reaction. The types of β-lactamase gene were determined by isoelectric focusing and nucleotide sequence analysis. Sixty-two strains carried plasmid-mediated TEM-52 gene, which sequence showed the substitution of 3 amino acids compared to that of TEM-1. MIC showed that TEM-52 mediated a resistance to ceftazidime at a lower level than to cefotaxime and ceftriaxone. Seventeen strains produced SHV-12, six strains produced SHV-2a, three strains produced TEM-52 and SHV-12, three strains produced TEM-52 and SHV-2a, and one strain produced SHV-2a and SHV-12. The MICs of oxyimino-cephalosporins and aztreonam for the strains expressing SHV-2a β-lactamase were relatively low, while the strains expressing SHV-12 β-lactamase showed high resistance to oxyimino-cephalosporins and monobactams. One out of twenty-seven strains of cefoxitin-resistant E. coli was confirmed to have CMY-1 β-lactamase by PCR and nucleotide sequence analysis. In conclusion, TEM-52 was the most prevalent in E. coli isolates. The most common SHV-types of ESBL in Korea are SHV-12 and SHV-2a in E. coli isolates. We conclude that resistance to cefoxitin in E. coli is either associated with the production of CMY-1 or reduced permeability for the β-lactam antibiotics. In Korea, widespread use of oxyimino-cephalosporins in the hospitals has dramatically increased the prevalence of ESBL-producers in E. coli. Therefore, more prudent use of antibiotics is necessary to reduce the spread of these resistant organisms. ; Klebsiella pneumoniae, Escherichia coli 등 장내세균 속 세균들에서 extended-spectrum β-lactamase (ESBL) 생산 균주가 지난 10년 동안 점차 증가하고 있다. ESBL은 광범위 cephalosporin을 포함한 모든 cephalosporin과 aztreonam을 불활성화시킴으로서 모든 cephem계 항균제가 임상적으로 치료실패를 가져오므로 임상적으로 carbapenem만이 치료제로 효과가 있고 모든 cephem계 항균제는 치료에 실패를 초래한다. 또한, 모든 cephem에 내성으로 간주해야 하는데도 각각의 광범위 cephalosporin과 aztreonam에 대한 불활성화 정도가 달라서 검출이 쉽지 않다는 점과 대부분의 ESBL이 TEM-1 또는 SHV-1 등 플라즈미드 매개성 β-lactamase 유전자의 점돌연변이에 의해 발생하므로 계속해서 새로운 변종이 출현하고, 플라즈미드의 전파에 의한 ESBL의 확산이 용이하다는 점이 임상적으로도 검사에도 문제가 되고 있다. 국내에서 E. coli의 ESBL에 대한 연구는 아직은 미흡한 상태이다. 본 연구자는 서울의 3차 대학병원의 임상 검체로 부터 분리된 E. coli 일련의 균주를 수집하고 ESBL 성상을 분석하였다. 연구대상은 서울중앙병원에서 임상 검체로부터 분리되었던 E. coli 중 cefotaxime, ceftazidime, ceftriaxone, aztreonam 중 하나 이상에 대해 항균제 감수성이 저하된 115주 중 이중 디스크 확산법을 이용하여 ESBL 생성 균주로 확인된 93주 이었다. ESBL 생성 균주로 확인된 E. coli는 항균제 감수성 시험을 한천희석법으로 시행하여 최소억제농도를 분석하였다. ESBL의 성상을 알기 위해서는 β-lactamase 등전점검사(isoelectric focusing), SHV, TEM, CMY-1 특이중합효소연쇄반응 검사(Polymerase chain reaction, PCR)를 하였다. 또한 정확한 ESBL의 동정을 위해서 9주를 선택하여 DNA 염기서열을 분석하였다. 연구결과는 다음과 같았다. 1. 항균제 감수성 시험 결과 cefotaxime과 ceftriaxone에 대해 감수성이 저하된 균주는 92주(98.9%)로 같았으며, ceftazidime에 감수성이 저하된 균주는 90주(96.8%)였다. Aztreonam에 감수성이 저하된 균주는 57주(61.3%)였으며, cefoxitin에 감수성이 저하된 균주는 27주(29.0%) 였다. 2. β-lactamase 등전점 검사 결과 등전점 5.4와 5.9인 β-lactamase를 동시에 생산하는 균주가 62주(66.7%)로 가장 많았으며, 등전점 8.2만 생산하는 균주가 10주(10.8%), 5.4/8.2 생산 균주가 7주(7.5%), 7.6만 생산하는 균주가 3주(3.2%), 5.4/5.9/8.2 동시 생산 균주가 3주(3.2%), 5.4/7.6인 균주가 3주(3.2%), 5.4/5.9/7.6을 생산하는 균주가 2주(2.2%), 5.4만 생산하는 1주(1.1%), 5.4/7.6/8.2인 균주 1주(1.1%), 5.9/7.6을 생산하는 1주(1.1%)이었다. 3. TEM, SHV, CMY-1 PCR 결과 TEM PCR에 양성인 균주는 80주였으며, SHV PCR 양성 균주는 30주였다. CMY-1 PCR 양성은 1주였다. 4. DNA 염기서열 결과 pI 5.4인 β-lactamase는 TEM-1 효소였고, pI 5.9는 TEM-52 효소였다. pI 7.6은 SHV-2a의 염기서열과 일치하였으며, pI 8.2는 SHV-12와 일치하였다. 5. β-lactamase 종류에 따른 항균제 감수성 양상은 TEM-1과 TEM-52를 가진 62주는 cefotaxime과 ceftriaxone에 대한 내성률이 ceftazidime에 비해 높았으며, SHV-12를 가진 17주는 cefotaxime, ceftriaxone, ceftazidime 및 aztreonam에 모두 높은 내성률을 보였다. SHV-2a를 가진 6주는 cefotaxime, ceftriaxone, ceftazidime 및 aztreonam에 모두 50% 정도의 내성률을 보였다. 6. Cefoxitin에 감수성이 저하된 27주 중 CMY-1 특이 중합효소연쇄반응 상 1주가 양성이었다. 나머지 26균주는 다양한 형태의 ESBL을 가진 것으로 나타났는데 역시 TEM-1과 TEM-52를 가진 균주가 14주로 가장 많았다. 본 연구에서 임상 검체에서 분리된 E. coli에서 가장 흔한 ESBL 형은 TEM계열이었으며, 특히 TEM-52형이 가장 많았다. 또한 SHV계열 중에서는 SHV-12가 가장 많았으며, 그 다음이 SHV-2a 였다. 이러한 결과를 바탕으로 향후 이들 ESBL 생성 E. coli나 K. pneumoniae 등 많은 그람음성 세균의 내성에 대한 보다 정확한 성상을 규명하여, 이러한 내성 균주의 전파 및 치료에 대처할 수 있을 것으로 사료된다.
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일반대학원 > 의학과 > Theses_Ph.D
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