C. coli
4. BIỆN LUẬN
4.3 Đặc điểm kiểu gen và cơ chế phân tử của sự kháng fluoroquinolone
fluoroquinolone
Chỉ có một kiểu đột biến đơn duy nhất là kiểu đột biến chuyển C257T ở
gen gyrA dẫn đến sự thay thế Threonin thành Isoleucine ở codon 86 (Thr86Iso)
được tìm thấy là gây kháng fluoroquinolone ở các chủng Campylobacter phân lập ở nghiên cứu này. Đây là cũng kiểu đột biến phổ biến và quan trọng nhất trong cơ chế phân tử dẫn đến sự kháng fluoroquinolone. Kiểu đột biến này luôn
được báo cáo trong các nghiên cứu về Campylobacter trên thế giới [77], [66], [64]. Do đó có thể khẳng định là chỉ cần có một đột biến đơn chuyển Threonin
thành Isoleucine ở codon 86 là đủ để gây nên kiểu hình kháng quinolone hay giảm nhạy quinolone. Kết quả dữ liệu kháng/nhạy với fluoroquinolone kết hợp
với kiểu đột biến gen gyrAđã chứng minh được điều này (phụ lục 1.4).
Kiểu đột biến Thr86Iso ở Campylobacter tương đương với kiểu đột biến
Ser83Trp ở E. coli tạo ra sự tăng nhẹ MIC của gatifloxacin nhưng làm tăng một cách đáng kể MIC của nalidixic acid, ciprofloxacin và ofloxacin. Đột biến này nằm trong vùng nhỏ gần đuôi N của tiểu đơn vị A của DNA gyrase gọi là vùng
quy định kháng quinolone (QRDR) [105].
Có nhiều tác giả [105], [63], [67] đưa ra cách giải thích về sự thay đổi
tính nhạy của quinolone đối với đột biến này cũng như một vài đột biến khác
nằm trong vùng QRDR của gen gyrA.
Theo Yoshida [105] những đột biến trong vùng QRDR của GyrA nằm
gần với trung tâm hoạt động Tyrosine ở codon 122 (Tyr122). Tyr122 là nơi
hình thành liên kết phosphotyrosine giữa enzyme DNA gyrase và DNA mới được cắt ra bởi DNA gyrase. Vì quinolone ức chế sự gắn trở lại của DNA bị cắt
ra và DNA gyrase cho nên rất có thể vùng gắn quinolone nằm gần với Tyr122. Do đó vùng gắn quinolone cũng nằm gần hay có liên quan đến vùng QRDR của
GyrA. Những biến đổi amino acid trong vùng QRDR như ở các vị trí codon 83,
86, 87 sẽ làm thay đổi hình dáng, cấu trúc của vùng QRDR của tiểu đơn vị A
quinolone. Điều này là hợp lý vì đơn cử đột biến ở codon 86 của
Campylobacter, Threonine là một amino acid phân cực, ưa nước khi bị đột biến
thì chuyển thành Isoleucine là một amino acid không phân cực và kị nước.
Mặt khác, sau khi cấu trúc tinh thể của vùng bẻ gãy-nối lại của DNA
gyrase ở E. coliđược xác định [71], trên bề mặt mỗi tiểu đơn vị GyrA đều tìm thấy có vòng α-helix-4. Vòng xoắn này là nơi tương tác với DNA và có thể là một phần của vị trí gắn quinolone [63]. Hầu hết các đột biến gây kháng
quinolone mức độ cao đều nằm trong vòng α-helix-4 này. Taolu [63] cho rằng đột biến ở codon 86 ở Campylobacter (hay vị trí 83, 87 ở E. coli) sẽ làm cho vi
môi trường bên trong vòng α-helix-4 thay đổi và trở nên kém khả năng gắn với
quinolone.
Tuy nhiên sau khi Madurga [67] mô hình hóa sự gắn của FQ vào vùng QRDR của protein GyrA thì đã đưa thêm một cách giải thích khác. Ông cho
rằng Threonine ở codon 86 của GyrA ở Campylobacter (cũng như Ser83 ở E. coli) sẽ tương tác với các nhóm ở vị trí N1 của quinolone (ví dụ như nhóm
cyclopropyl của ciprofloxacin). Khi đột biến xảy ra ở Thr86 (hay Ser83) sẽ tạo
nên sự cản trở về mặt không gian cho sự tương tác này do đó gây ra sự kháng.
Tuy nhiên Threonine ở codon 86 tương tác kém với các kháng sinh quinolone
thế hệ thứ tư như moxifloxacin hay gatifloxacin. Do đó đột biến làm thay đổi
amino acid ở codon 86 không gây cản trở nhiều về mặt không gian cho sự gắn
của moxifloxacin hay gatifloxacin vào vùng QRDR của DNA gyrase cho nên không ảnh hưởng nhiều đến tính nhạy của các kháng sinh thế hệ mới này.
Về vai trò của bơm đẩy thuốc CmeABC, kết quả của nghiên cứu này đã chứng minh được là nó hoạt động phối hợp với đột biến gen gyrA để làm tăng
MIC của gatifloxacin. Các đột biến ở vùng trình tự 16 bp (5’- TGTAATAAATATTACA-3’) của bơm CmeABC trong nghiên cứu này không
có tác động làm tăng MIC của các kháng sinh FQ thế hệ cũ như nalidixic acid,
ofloxacin, ciprofloxacin (theo kết quả biểu đồ 3.3). Thật ra vai trò phối hợp
kháng ciprofloxacin cao đã được chứng minh trong nhiều nghiên cứu trước đây
[77], [39] nhưng chưa có nghiên cứu nào chứng minh được những đột biến của bơm CmeABC tác động làm tăng MIC của gatifloxacin.
Ngoài ra, các tác giả trước đây chỉ tìm được duy nhất một kiểu đột biến
mất 1 nucleotide xảy ra ở vùng spacer (AA) mà nằm giữa hai nửa trình tự 7 bp
đảo chiều nhau (TGTAATAAATATTACA) của bơm CmeABC [77], [39]. Trong nghiên cứu này đã tìm ra hai kiểu đột biến khác trong vùng trình tự 16 bp của bơm CmeABC đó là kiểu đột biến chứa 2 đột biến đồng hoán T→A,
C→T (TGTAATAAAAATTATA) và kiểu đột biến thêm 1 nucleotide T (TGTAATAAATATTTACA) có tác động phối hợp với đột biến gyrA gây kháng hay giảm nhạy gatifloxacin.
Tóm lại, cơ chế phân tử của sự kháng fluoroquinolone của các chủng
Campylobacter phân lập được trong nghiên cứu này ở tp Hồ Chí Minh bao gồm đột biến đơn Thr86Iso ở gen gyrA và hai kiểu đột biến ở vùng trình tự 16 bp
nằm giữa cmeR và cmeABC. Đột biến đơn Thr86Iso ở gen gyrA gây ra kiểu
hình kháng quinolone mức độ cao hay giảm nhạy quinolone và hai kiểu đột
biến ở vùng trình tự 16 bp của bơm CmeABC hoạt động phối hợp đột biến gen
gyrAlàm tăng MIC của gatifloxacin.