Vai trò của mô hình chăn nuôi tại hộ gia đình trong việc lan tràn vi khuẩn kháng kháng sinh trong cộng đồng

I. Đặt vấn đề
1. Giới thiệu
Hiện tượng kháng thuốc của vi khuẩn đã trở thành một vấn đề mang ý nghĩa
sức khỏe cộng đồng. Vi khuẩn kháng thuốc hiện nay làm chết ít nhất 50.000 người
mỗi năm trên khắp châu Âu, nước Mỹ, và hàng trăm nghìn người trên các khu vực
khác. Do hiện tượng kháng thuốc lượng kháng sinh được sử dụng trong phịng, chữa
bệnh cho người trên tồn cầu đã tăng g ần 40% từ năm 2000 đến 2010 [15]. Chính từ
mối quan ngại này, Tổ chức Y tế thế giới (WHO) đã chọn chủ đề cho ngày Sức
khỏe tồn cầu năm 2011 với thơng điệp: “Kháng thuốc; Khơng hành động hơm nay,
khơng có phương pháp điều trị ngày mai”.
Báo cáo năm 2014 của tổ chức Y tế thế giới đưa vi khuẩn Escherichia coli
kháng cephalosporin thế hệ thứ ba, bao gồm cả kháng kháng sinh beta-lactam
(ESBL) phổ rộng và fluoroquinolon vào danh sách những vi khuẩn kháng kháng
sinh quan trọng và cần có các phương pháp kiểm sốt [26].
Enzym phân hủy beta-lactam phổ rộng (ESBL) tìm thấy lần đầu tiên năm
1983 tại Đức. Hiện nay, enzym beta -lactam mới thường gặp nhất là ESBL nhóm
TEM, SHV và CTX-M. Những enzym này được tìm thấy chủ yếu ở Klebsiella spp
và Escherichia coli với các tính chất đề kháng với các kháng sinh thế hệ mới:
ceftazidime, ceftriaxone, aztreonam, và oxyimino-beta-lactam khác. CTX-M là
nhóm ESBL lớn thứ hai và ngày càng trở nên quan trọng. Nhiều nghiên cứu cho
thấy các đột biến của CTX-M lan truyền rộng rãi hơn so với các đột biến của TEM
và SHV, các biến thể của CTX-M cũng phổ biến ở nhiều quốc gia khác nhau. Có 5
nhóm lớn của CTX-M bao gồm: CTX-M 1,2,8,9 và 25 [15]. Các type của nhóm
CTX-M rất khác nhau tùy theo từng vùng trên thế giới.
Khi các chủng vi khuẩn sinh ESBL thì đồng nghĩa với việc chúng là gánh
nặng thực sự trong điều trị nhiễm trùng trực khuẩn gram (-). Những vi khuẩn sinh
ESBL có thể mắc do lây truyền từ người sang người, hoặc do được chọn lọc qua
việc dùng kháng sinh. Nhờ mang những men này mà vi khuẩn có khả năng kháng

1

lại các kháng sinh trước đây đã từng tiêu diệt nó. Các kết quả nghiên cứu trên thế
giới đều mơ tả một bức tranh chung về sự gia tăng nhanh chóng của các trực khuẩn
đường ruột sinh ESBL.
E.coli tồn tại tự nhiên trong môi trường, thực phẩm và đường tiêu hóa của
người và động vật. Đa số các chủng E.coli khơng gây bệnh, có một số chủng lại có
khả năng gây ngộ độc thực phẩm, nhiễm khuẩn tiêu hóa, tiết niệu, nhiễm trùng
máu... E.coli lây nhiễm có thể do vơ tình ăn hoặc uống phải hoặc do lây từ người
sang người qua tiếp xúc. Các nghiên cứu đã ch ỉ ra thực phẩm có nguồn gốc động
vật và gia súc gia cầm ni làm thực phẩm có thể là nguồn lây nhiễm vi khuẩn
E.coli sinh ESBL sang người. Chăn nuôi gia súc gia cầm ở Việt Nam bước đầu
cũng đã có những quy mơ cơng nghiệp vừa và nhỏ nhưng chủ yếu vẫn là tại hộ gia
đình. Trong khi đó, người dân chưa có đầy đủ kiến thức và thực hành đúng về chăn
ni an tồn. Người chăn ni đã dùng kháng sinh như một “thần dược” mà không
nghĩ đến hậu quả. Họ dùng kháng sinh khơng chỉ để phịng và điều trị bệnh nhiễm
khuẩn mà còn đư ợc dùng với mục đích hỗ trợ tăng trưởng. Điều này là một trong
những nguyên nhân gây ra hiện tượng vi khuẩn kháng kháng sinh ngày một tăng
cao tại Việt Nam. Từ những cơ sở trên, chúng tôi đã th ực hiện đề tài “Vai trị của
mơ hình chăn ni tại hộ gia đình trong việc lan tràn vi khuẩn kháng kháng sinh
trong cộng đồng”.
2. Mục tiêu đề tài
Mục tiêu chung: Tìm hiểu sự lan tràn của vi khuẩn kháng kháng sinh loại
ESBL trong cộng đồng hộ gia đình với mơ hình chăn nuôi gà trang trại vừa và nhỏ.
Mục tiêu cụ thể:
1. Tối ưu hố quy trình phân lập và xác định E. coli sinh ESBL tại điều kiện
phịng thí nghiệm.
2. Đánh giá mức độ nhiễm và đặc điểm vi khuẩn E. coli sinh ESBL trong phân
người và vật nuôi tại các hộ gia đình với hai mơ hình chăn ni trang trại vừa và
nhỏ.

2


3. Đánh giá sự tương đồng về mặt di truyền của các chủng E. coli sinh ESBL
phân lập từ hai mơ hình chăn ni bằng phương pháp dịch tễ học phân tử.
3. Nội dung của đề tài
- Tối ưu hoá quy trình phân lập và xác định E.coli sinh ESBL tại điều kiện
phịng thí nghiệm.
 Tham khảo và lựa chọn mơi trường ni cấy, nồng độ kháng sinh thích
hợp.
 Khảo sát điều kiện thích hợp cho quy trình chạy PCR xác định nhóm gen
CTX-M .
- Đánh giá mức độ nhiễm và đặc điểm vi khuẩn E.coli sinh ESBL trong phân
người và vật ni tại hộ gia đình.
 Phân lập được các vi khuẩn E.coli sinh ESBL từ phân người và phân gà.
 Kỹ thuật PCR phát hiện gen kháng kháng sinh CTX-M nhóm 1,2,8,9.
 Giải trình tự gen tìm blaCTX-M .
 Tính đa kháng thuốc của các chủng phân lập được.
- Phân tích dịch tễ học phân tử
 PFGE


Dendrogram: Đánh giá độ tương đồng về DNA band profiles của các
chủng

 MLST

3

Chương 1: Tổng quan
1.

Kháng sinh và cơ chế tác động của kháng sinh đối với vi khuẩn

1.1. Định nghĩa kháng sinh
Kháng sinh là những chất ngay ở nồng độ thấp đã có khả năng ức chế hoặc
tiêu diệt vi khuẩn một cách đặc hiệu, bằng cách gây rối loạn phản ứng sinh học ở
tầm phân tử [1].
1.2. Quá trình lịch sử ra đời các loại kháng sinh và sự đề kháng kháng sinh

Hình 1: Lịch sử ra đời của các nhóm kháng sinh chính [26]
Năm 1906, Paul Ehrlich, một nhà hóa học người Đức quan tâm về lĩnh vực
khoa học hố trị liệu, đã tìm ra cấu trúc hóa học của atoxyl. Từ đó ơng đã thử
nghiệm điều trị cho chuột và xây dựng lý thuyết ”viên đạn thần kỳ”, lý thuyết đã
giúp ông giành giải Nobel năm 1908. Năm 1909, Paul Ehrlich và cộng sự đã phát
hiện ra chất Salvarsan, có khả năng chống lại vi khuẩn gây bệnh giang mai, nhưng
chưa thực sự an toàn cho người sử dụng.
Năm 1928, ở bệnh viện Saint Marie, Fleming đã phát hiện ra sự kiện nấm

4


Pencillium có khả năng diệt được Staphylococcus aureus. Năm 1940 nhóm nghiên
cứu ở Oxford đã tinh ch ế được penicillin và mở ra kỷ nguyên dùng kháng sinh để
điều trị bệnh nhiễm trùng [1].
Cho đến những năm 1970, nhiều loại thuốc kháng khuẩn mới được phát triển.
Các phân lớp hoàn toàn mới cuối cùng của thuốc kháng sinh được phát hiện trong
những năm 1980.
1.3. Cơ chế tác động của thuốc kháng sinh

Hình 2: Các đích tác động của kháng sinh trên tế bào vi khuẩn
1.3.1. Ức chế sinh tổng hợp vách
Kháng sinh ức chế quá trình sinh tổng hợp bộ khung peptidoglycan (murein)
làm cho vi khuẩn sinh ra sẽ không có vách và do đó dễ bị tiêu diệt, ví dụ kháng sinh
nhóm beta-lactam, vancomycin [1].

5


1.3.2. Gây rối loạn chức năng màng nguyên tương
Chức năng quan trọng nhất của màng nguyên sinh chất đối với tế bào là thẩm
thấu chọn lọc; khi kháng sinh tác động vào màng sinh chất sẽ làm cho các thành
phần trong bào tương của vi khuẩn bị thốt ra ngồi làm cho nước từ bên ngồi mơi
trường vào trong, dẫn đến chết; ví dụ polymyxin, colistin [1].
1.3.3. Ức chế sinh tổng hợp protein
Kháng sinh tác động lên các tiểu phần của riboxom ở vi khuẩn. Kháng sinh
gắn vào tiểu phần 30S (streptomycin) sẽ ngăn cản hoạt động của ARN thông tin
hoặc ức chế chức năng của ARN vận chuyển (như tetracycline). Kháng sinh gắn vào
tiểu phần 50S như erythromycin, chloramphenicol, làm cản trở sự liên kết, hình
thành các chuỗi acid amin tạo phân tử Protein cần thiết cho tế bào sống [1].
1.3.4. Ức chế sinh tổng hợp acid nucleic
Kháng sinh có thể ngăn cản sự sao chép của ADN mẹ tạo ADN con như
nhóm quinolon hoặc gắn ARN-polymerase ngăn cản sinh tổng hợp ARN như
rifampicin hoặc bằng cách ức chế sinh tổng hợp các chất chuyển hóa cần thiết để
ngăn cản hình thành nên các nucleotide như sulfamid và trimethorpim.
Như vậy, mỗi kháng sinh chỉ tác động lên một điểm nhất định trong thành
phần cấu tạo, ảnh hưởng đến một khâu nhất định trong các phản ứng sinh học khác
nhau của tế bào vi khuẩn, dẫn đến ngừng trệ sự sinh trưởng và phát triển của tế
bào. Nếu vi khuẩn không bị ly giải hoặc bị nắm bắt (thực bào) tiêu diệt, thì khi

khơng cịn tác động của kháng sinh (ngừng thuốc) vi khuẩn sẽ có thể hồi phục trở
lại (reversible) [1].
Chỉ 10 năm sau khi kháng sinh được sử dụng rộng rãi đã phát hiện hiện
tượng kháng chất kháng sinh của nhiều loại vi khuẩn (Bảng 1).

6


Bảng 1: Các mốc thời gian phát hiện đề kháng kháng sinh[25]

2.

Vi khuẩn kháng thuốc

2.1. Định nghĩa vi khu ẩn kháng thuốc
Là hiện tượng vi khuẩn có khả năng phát triển trong sự có mặt của thuốc
hoặc các chất hóa học mà ở nồng độ bình thường có thể ức chế sự phát triển của nó
[29].
2.2. Phân loại kháng thuốc
Có hai kiểu kháng thuốc: Kháng thuốc tự nhiên và kháng thuốc thu được.
Kháng thuốc tự nhiên là một đặc trưng của từng chủng vi sinh vật nhất định
đối với một số kháng sinh nhất định nào đó. Tính chất này đã có sẵn trước khi sử
dụng các kháng sinh đó. Điều này liên quan đến phổ tác dụng của kháng sinh, có thể
đặc trưng cho từng lồi. Kháng thuốc tự nhiên là thơng tin di truyền có sẵn trong
nhiễm sắc thể. Về mặt sinh hố có cơ chế quan trọng: đó là tính thấm của tế bào và
sự thiếu vắng phân tử đích [3].
Kháng thuốc thu được xuất hiện trong chọn lọc tự nhiên các chủng đề kháng
của quần thể vi sinh nhạy cảm khi sử dụng kháng sinh. Một vi sinh vật trở thành

7

kháng thuốc khi có thể phát triển được với hàm lượng cao đáng kể của kháng sinh
ấy so với quần thể vi sinh vật mà nó có nguồn gốc. Khi mức độ đề kháng tăng lên,
chúng thoát khỏi sự điều trị bệnh không chữa được – đề kháng lâm sàng [3].
Về mặt di truyền học, kháng thuốc mới nhận có thể là do sự thay đổi gen
nhiễm sắc thể (đột biến nhiễm sắc thể), có thể do tiếp nhận gen plasmid (đề kháng
plasmid hay ngoài nhiễm sắc thể)
Kháng thuốc do đột biến nhiễm sắc thể: Dưới tác dụng của kháng sinh việc
tiêu diệt các vi khuẩn mẫn cảm tạo ra sự tuyển chọn ngẫu nhiên các đột biến mới
xuất hiện, làm cho vi khuẩn có khả năng phát triển nhân lên. Đột biến kiểu này ít ổn
định và ít di truyền. Kiểu đột biến này chịu ảnh hưởng của từng nhóm kháng sinh.
Kiểu kháng thuốc này chiếm khoảng 10% tổng số vi sinh vật kháng thuốc, xuất hiện
chủ yếu đối với các kháng sinh: aminosid, chloramphenicol… và các kháng sinh tác
dụng với các Mycobacteria.
Kháng thuốc plasmid: là kiểu kháng thuốc rất phổ biến, chiếm 90% số vi sinh
vật kháng thuốc. Kháng thuốc plasmid là hiện tượng đa kháng thuốc do nhân tố R
(Resitance factor-plasmid). Nhân tố R chính là các plasmid chứa các gen điều khiển
tính kháng thuốc. Các gen này thông qua các cơ chế di truyền – tải nạp, biến nạp,
tiếp hợp – chuyển tải thông tin di truyền kháng thuốc từ tế bào này sang tế bào
khác, loài vi khuẩn này sang loài vi khuẩn khác.
Hiện tượng kháng chéo là hiện tượng vi khuẩn khi kháng một kháng sinh thì
đồng thời kháng ln một số kháng sinh khác có cấu trúc tương tự. Trong thực tế
lâm sàng đã phân lập được các chủng vi khuẩn mang một kiểu xác định thể kháng
thuốc do plasmid giống nhau kháng lại ampicillin, chloramphenicol và cả
trimotoprim/ sulfametoxezol. Plasmid này được truyền từ E.coli sang cho
Salmonella (nhờ tiếp hợp).
Quá trình truyền chất liệu di truyền – nhân tố R theo cơ chế tiếp hợp xảy ra
trong 3 giai đoạn:
-

Giai đoạn tiếp cận, tạo giao nạp

-

Giai đoạn bơm vật liệu di truyền qua cầu giao nạp

8


-

Giai đoạn tái tổ hợp vật liệu di truyền ở tế bào nhân tạo thành hệ vơ tính
kháng thuốc của vi sinh vật.

Nhân tố R gốm 2 phần: phần xác định tính kháng thuốc (R-determinant) và
phần truyền tải gen kháng thuốc (Resistance transfere factor). Các nhân tố Rplasmid là những đơn vị di truyền ngoài nhiễm sắc thể, bao gồm những phân tử
ADN dạng vịng khép kín có độ lớn khác và có khả năng tự sao chép, tồn tại trong
các tế bào vi khuẩn và nấm men. Plasmid quyết định nhiều đặc tính sinh lý của vi
khuẩn. Người ta đã biết 29 kiểu plasmid khác nhau xác định 35 kiểu kháng kháng
sinh và các chế phẩm hoá trị liệu khác [3].
3.

Tình hình vi khuẩn kháng kháng sinh trên thế giới và xu hướng
Theo báo cáo của tổ chức Y tế thế giới năm 2014 [25], có 7 loại vi khuẩn

kháng kháng sinh đang hiện hành và được quan tâm.
 Escherichia coli: kháng cephalosporin thế hệ thứ ba, bao gồm cả kháng
beta-lactam phổ rộng (ESBL) và fluoroquinolon;
 Klebsiella pneumoniae: kháng cephalosporin thế hệ thứ ba, bao gồm cả

kháng beta-lactam phổ rộng (ESBL) và carbapenem;
 Staphylococcus aureus: kháng thuốc kháng khuẩn beta-lactam
(methicillin, methicillin-resistant S. aureus [MRSA]);
 Streptococcus pneumoniae: kháng hoặc nhạy cảm với penicillin (hoặc
cả hai);
 Nontyphoidal Salmonella (NTS): kháng fluoroquinolon;
 Các lồi Shigella: kháng fluoroquinolon;
 Neisseria gonorrhoeae: giảm tính nhạy cảm cephalosporin thế hệ thứ
ba.
Vi khuẩn kháng thuốc hiện nay làm chết ít nhất 50,000 người mỗi năm trên
khắp châu Âu, nước Mỹ, và hàng trăm nghìn ngư ời trên các khu vực khác. Đây thực
sự là một gánh nặng [14]. Ví dụ, trong 15 quốc gia châu Âu có hơn 10% các bệnh

9


nhiễm trùng máu gây ra bởi các chủng Staphylococcus aureus kháng methicillin
(MRSA), ở các nước này thấy tỉ lệ kháng gần 50% [EARS_NET 2013].
Lượng kháng sinh được sử dụng trong phịng, chữa bệnh cho người trên tồn
cầu đã tăng g ần 40% từ năm 2000 đến 2010.
Về tác động trong tương lai của vi khuẩn kháng thuốc, dựa trên giả thuyết
kháng thuốc tăng cao và tăng trưởng kinh tế đến năm 2050, mỗi năm có 10 triệu
người chết do vi khuẩn kháng thuốc [15].

Hình 3. Ước tính số ca tử vong mỗi năm do vi khuẩn kháng kháng sinh
so với các căn nguyên gây chết khác [15]

10

Hình 4. Ước tính số người chết vì vi khuẩng kháng kháng sinh mỗi năm,
tính vào năm 2050 trên tồn thế giới [15]
4.

Tình hình vi khuẩn kháng kháng sinh ở Việt Nam
Theo báo cáo năm 2008-2009 của Bộ Y tế Việt Nam phối hợp với Dự án Hợp

tác toàn cầu về kháng kháng sinh (GARP-Viet Nam) và Đơn vị Nghiên cứu lâm
sàng ĐH Oxford [2].
Tỉ lệ kháng kháng sinh của các chủng vi khuẩn Gram âm:

Biểu đồ 1. Tỉ lệ kháng sinh của các chủng Gram âm tại Việt Nam [2]

11


Năm 2009, nghiên cứu đã công bố 30-70% các vi khuẩn gram âm được
phân lập từ bệnh viện kháng với các kháng sinh cephalosporin thế hệ 3 và 4, xấp xỉ
40-60% kháng với các kháng sinh nhóm aminoglycoside và fluoroquinolon. Gần
40% các chủng Acinetobacter giảm nhạy cảm với imipenem [2].
Tình hình về sử dụng kháng sinh trong điều trị
Tại tất cả các bệnh viện, kháng sinh cephalosporin thế hệ 3 chiếm một phần
đáng kể trong tổng chi phí về thuốc kháng sinh(39.5%). Các nhóm kháng sinh khác
chiếm một phần tương đối cao trong tổng chi phí bao gồm: carbapenem (12.3%),
cephalosporin thế hệ 2 (11.8%), penicillin phối hợp với chất ức chế enzym betalactam (6.7%) và fluoroquinolon (6.5%). Mặc dù carbapenem ít được sử dụng hơn
các kháng sinh sinh khác nhưng giá của các kháng sinh nhóm này tương đối cao dẫn
đến chi phí cho nhóm kháng sinh này chiếm một phần đáng kể trong tổng chi phí về
thuốc kháng sinh tại các bệnh viện ở Việt Nam [2].

Biểu đồ 2. Chi phí cho việc sử dụng kháng sinh tại các bệnh viện [2]

Như vậy, chi phí trung bình cho việc sử dụng thuốc kháng sinh của mỗi bệnh
viện ở Việt Nam trong năm 2008 là 1,93 triệu Đôla Mỹ, trong khi thu nhập bình

12


quân đầu người hàng năm là 1.024 Đôla Mỹ và tổng thu nhập quốc dân khoảng 77,7
tỷ Đôla Mỹ. Con số này phản ánh thực trạng chi phí cho việc dùng thuốc kháng sinh
trong điều trị là một gánh nặng kinh tế đối với ngân sách quốc gia dành cho y tế [2].
Tỉ lệ kháng kháng sinh của Escherichia coli
E. coli giảm nhạy cảm với cephlosporin thế hệ 3 và có tỉ lệ kháng cao với
cotrimoxazole dao động từ 60-80% tại hầu hết các bệnh viện [2].

Biểu đồ 3. Tỉ lệ kháng của E.coli với một số kháng sinh thường dùng
trong điều trị [2]
5. Thực hành sử dụng kháng sinh ở Việt Nam
Một nghiên cứu dựa trên cộng đồng được tiến hành năm 2003 cho thấy rằng,
78% kháng sinh được mua tại các nhà thuốc tư nhân mà khơng có đơn, 67% tham
khảo tư vấn dược sỹ trước khi sử dụng và 11% tự quyết định về việc dùng thuốc; chỉ
có 27% nhân viên dược có kiến thức đúng về kháng sinh và kháng kháng sinh [2].
Đã có các qui chế về việc cấm bán thuốc kháng sinh khơng có đơn, tuy nhiên các
qui chế này đến nay vẫn chưa có hiệu lực. Đối với trẻ bệnh, các bà mẹ thường tự
mua thuốc điều trị [2]. Năm 1999 kháng sinh được sử dụng phổ biến nhất bao

13


gồm: ampicillin hoặc amoxicillin (86%), penicillin (12%), erythromycin(5%),
tetracyclin (4%) và streptomycin (2%). Năm 2007, xu hướng sử dụng kháng sinh
đã thay đổi, cephalosporin đường uống được dùng phổ biến đối với các bệnh có

triệu chứng nặng. Các kháng sinh thường dùng là: ampicillin hoặc

amoxillin

(49%), cephalosporin thế hệ 1, đường uống (27%), cotrimoxazol(11%), macolides
(3%), loại khác(2%). Cũng giống như một số nước khác, một trong những nguyên
nhân của tình trạng sử dụng kháng sinh không hợp lý là do đề nghị của bệnh nhân,
áp lực về thời gian thăm khám, thiếu kiến thức, thiếu khả năng chẩn đoán, lợi
nhuận kinh tế đối với người kê đơn. Một thách thức lớn là xác định và thay đổi cấu
trúc khuyến khích đối với việc kê đơn khơng hợp lý. Hơn nữa, chi phí mà người
bệnh phải tự chi trả chiếm tỉ trọng lớn trong tổng chi phí y tế, do đó người dân có xu
hướng tìm kiếm cách thức rẻ nhất cho việc chăm sóc sức khoẻ [2].
Một lượng lớn dược phẩm được sử dụng trên động vật bao gồm kháng sinh,
vitamin và các thuốc diệt ký sinh trùng. Trong đó, kháng sinh chiếm phần lớn nhất
(70% trong tổng số thuốc) được sử dụng trên động vật [2].
Theo báo cáo của Bộ Nông Nghiệp tình hình sử dụng kháng sinh trong chăn
ni chưa hợp lý. Việc lựa chọn kháng sinh và liều dùng được quyết định chủ yếu
dựa trên kinh nghiệm của chủ hộ (44%), 33% theo hướng dẫn của bác sỹ thú y,
17% theo hướng dẫn của nhà sản xuất. Các chủ hộ chăn nuôi không tuân thủ theo
qui chế về việc ngừng sử dụng kháng sinh trước khi thu hoạch sản phẩm từ động
vật [2].
Trong chăn nuôi, kháng sinh được sử dụng rộng rãi với mục đích kích thích
tăng trưởng “nhằm giúp động vật tiêu hoá thức ăn dễ dàng, giúp phát triển khoẻ
mạnh”, hoặc phòng bệnh và điều trị.

14


6.

Escherichia coli và E. coli sinh enzym beta-lactam phổ rộng

6.1. Giới thiệu về vi khuẩn Escherichia coli
Escherichia do Escherich phát hiện lần đầu tiên năm 1885. Chi E.coli gồm
nhiều loài. Trong đó, E.coli có vai trị quan trọng nhất. E.coli là trực khuẩn Gram
âm, hầu hết có long roi. E.coli phát triển dễ dàng trên các môi trường nuôi cấy
thông thường, hiếu kị khí tuỳ tiện, lên men nhiều loại đường và có sinh hơi. E.coli
có cả 3 nhóm kháng nguyên: kháng nguyên O gồm gần 160 yếu tố, kháng nguyên K
được chia thành 3 loại: A, B và L; kháng nguyên H gồm hơn 50 yếu tố. Dựa vào
cấu trúc kháng nguyên, E.coli được chia thành các tuýp huyết thanh. Với sự tổ hợp
của các yếu tố kháng nguyên sẽ có rất nhiều tuýp huyết thanh khác nhau, mỗi tuýp
huyết thanh được ký hiệu bằng kháng nguyên O và K.
Dựa vào tính chất gây bệnh, E.coli được chia thành các loại:
EPEC ( Enteropathogenic E.coli): E.coli gây bệnh đường ruột.
ETEC (Enterotoxigenic E.coli): E.coli sinh độc tố ruột.
EIEC (Enteroinvasive E.coli): E.coli xâm nhập đường ruột.
EAEC (Enteroadherent E.coli): E.coli bám dính đường ruột.
EHEC (Enterohaemorrhagic E.coli): E.coli gây chảy máu đường ruột.
Trong đường tiêu hoá, E.coli chiếm khoảng 80% các vi khuẩn hiếu khí. Nhưng
E.coli cũng là vi khu ẩn gây bệnh quan trọng, nó đứng đầu trong các vi khuẩn gây ỉa
chảy, viêm đường tiết niệu, viêm đường mật; đứng hàng đầu trong các căn nguyên
gây nhiễm khuẩn huyết. E.coli có thể gây nhiều bệnh khác như viêm phổi, viêm
màng não, nhiễm khuẩn vết thương [1].
Vi khuẩn hội sinh và gây bệnh E. coli có thể phân loại thành bốn nhóm chính
khác nhau: A, B1, B2 và D dựa vào 3 gien đánh dấu chính là chuA, yjaA and
TspE4.C2 [7]. Gần đây dữ liệu từ phân tích giải trình tự gien đa điểm (loci)
(multilocus sequence typing) cho thấy 4 nhóm chính có thể được chia nhỏ hơn

15

thành 7 nhóm bao gồm: A0, A1, B1, B22, B23, D1 and D2. Ở người,
chủng E.coli nhóm A chiếm ưu thế (40,5%), tiếp theo là các chủng B2 (25,5%),
trong khi các chủng B1 và D (khoảng 17% mỗi nhóm) ít thường ít gặp hơn. Ở động
vật, E.coli nhóm B1 (41%) là phổ biến nhất, tiếp theo là nhóm A (22%), B2 (21%),
và ít phổ biến nhất là D (16%) [8]. Vi khuẩn E. Coli A và B1 thường là các vi khuẩn
hội sinh khơng mang gen độc tính, tồn tại trong ruột già của người và động vật,
cũng như ở trong mơi trường. Ngược lại, nhóm B2 và nhóm D, thường là những
chủng gây bệnh và mang gen mã hóa độc lực (virulent factors) gây bệnh ngồi
đường ruột (ví dụ: nhiễm khuẩn đường tiết niệu, nhiễm khuẩn máu, viêm não…)
hơn so với nhóm A và B1 [16]. Sự phân bố của các nhóm E.coli trên người và động
vật phụ thuộc vào khí hậu, chế độ ăn uống, khối lượng cơ thể, và cấu trúc ruột của
vật chủ.
6.2. Enzym beta-lactam phổ rộng
6.2.1. Cấu trúc và phân nhóm β-lactam

Hình 5. Cấu trúc vòng β-lactam
Vòng β-lactam là cấu trúc cốt lõi của 1 vài họ kháng sinh, trong đó có 4
nhóm chính là: penicillin, cephalosporin, carbapenem và monobactam. Gần như tất
cả các kháng sinh này hoạt động bằng cách ức chế sinh tổng hợp vách tế bào vi
khuẩn [11].
Tổng hợp β-lactam được thực hiện lần đầu tiên vào năm 1907 bởi Hermann
Staudinger [20]. Cho đến năm 1970, hầu hết các nghiên cứu β-lactam tập trung

16


vào các nhóm penicillin và cephalosporin [13]. Từ 1970 tới nay, một loạt các cấu
trúc khác đã đư ợc mô tả và phân nhóm theo vịng cấu trúc như sau [9].
- β-Lactam có chứa vịng 5 cạnh bão hịa

 β-Lactam chứa vòng thiazolidine gọi là penam.
 β-Lactam chứa vòng pyrrolidine gọi là carbapenam.
 β-Lactam có chứa nhân oxazolidine gọi là oxapenam hoặc clavam.
- β-Lactam có chứa vịng 5 cạnh khơng bão hòa
 β-Lactam chứa vòng 2,3-dihydrothiazole được gọi là penem.
 β-Lactam chứa vịng 2,3-dihydro-1H-pyrrole được gọi là carbapenem.
- β-Lactam có chứa vịng 6 cạnh khơng bão hịa
 β-Lactam chứa vịng 3,6-dihydro-2H-1,3-thiazine được gọi là
cephem.
 β-Lactam

chứa

vòng

1,2,3,4-tetrahydropyridine

được

gọi

là

carbacephem.
 β-Lactam chứa vòng 3,6-dihydro-2H-1,3-oxazine được gọi là
oxacephem.
- β-Lactam không chứa nhân monobactam.

17

Hình 6. Các nhóm cấu trúc Beta-lactam
6.2.2. Enzym β-lactam
Enzym beta-lactama (β-lactamse) là các enzym được sinh ra bởi một số vi
khuẩn kháng các kháng sinh β-Lactam như penicillin, cephamycin, và
carbapenem, …. Enzym Beta-lactam kháng kháng sinh bằng cách phá vỡ cấu trúc
của kháng sinh. Thơng qua q trình thủy phân, các enzyme lactam phá vỡ vòng βLactam mở, khử hoạt tính kháng khuẩn của phân tử.
Có 3 loại là: Enzym beta-lactam phổ rộng (ESBL), AmpC-type betalactamase và Carbapenemase.

18


6.2.2.1. Enzym beta-lactam phổ rộng
Năm 1983 lần đầu tiên phát hiện ra enzym beta-lactam phổ rộng từ chủng vi
khuẩn K. pneumonia mang gen đột biến của SHV-1ở Đức. Enzyme này có thể thủy
phân oxyimino-cephalosporin và được gọi SHV-2. ESBL là enzyme beta-lactam
thủy phân cephalosporin phổ rộng. Những cephalosporin bao gồm cefotaxime,
ceftriaxone và ceftazidime, cũng như aztreonam oxyimino-monobactam. Các gen
sinh ESBL thường được mã hóa trên plasmid của vi khuẩn.
Phân loại ESBL: TEM, SHV, CTX-M, OXA và một số loại khác.
TEM : TEM-1 là một trong những enzyme beta-lactam thường gặp nhất ở vi
khuẩn Gram âm. 90% TEM-1kháng ampicillin được phát hiện ở vi khuẩn E. coli,
ngồi ra cịn phát hiện thấy kháng ampicillin và penicillin trong H. influenzae và N.
gonorrhoeae. TEM loại enzyme beta-lactam thường được tìm thấy trong E. coli, K.
pneumoniae và cũng được tìm thấy ở các lồi khác của vi khuẩn Gram âm khác với
tần số ngày càng tăng. Các axit amin thay thế ở vị trí 104, 164, 238, 240 và sinh ra
các kiểu hình ESBL, nhưng ESBL phổ rộng thường có nhiều hơn một sự thay thế
amino acid. Dựa trên sự kết hợp khác nhau của các thay thế amino acid, hiện có 140
enzyme TEM-l. Trong đó TEM-10, TEM-12, và TEM-26 là một trong những phổ
biến nhất tại Hoa Kỳ.

SHV : SHV-1 có đến 68% các axit amin giống với TEM-1 và có một cấu
trúc tổng thể gần giống nhau. Các SHV-1 beta-lactam thường được tìm thấy trong
K. pneumoniae. ESBL trong nhóm này cũng có những thay đổi axit amin phổ biến
nhất tại các vị trí 238 và 240. Hiện nay có đến 60 loại SHV được tìm thấy, trong đó
SHV-5 và SHV-12 là một trong những phổ biến nhất.
CTX-M : Các enzym này được đặt tên riêng vì các tác động lớn của chúng
đối với cefotaxime hơn so với chất oxyimino-beta-lactam khác (ví dụ, ceftazidim,
ceftriaxon, hoặc cefepim). Thay vì phát sinh do đột biến, nhóm này đại diện cho
việc các plasmid thu nhặt lại của các gen sản sinh enzym beta-lactam thường được
tìm thấy trên các nhiễm sắc thể của lồi Kluyvera. Nhóm enzym này khơng có sự

19


liên quan chặt chẽ đến TEM hoặc SHV beta-lactam. Chúng chủ yếu được tìm thấy
trong các chủng Salmonella enterica serovar Typhimurium và E. coli, nhưng cũng
đã được mô tả trong các loài khác của Enterobacteriaceae[11]. Enzym này được
phát hiện lần đầu tiên ở vi khuẩn E. coli từ Munich, Đức vào năm 1989. Các
enzyme này thủy phân cefotaxime hơn so với ceftazidim, do đó tên CTX-M
(cefotaximase, Munich). Hiện nay đã biết đến hơn 128 CTX-M enzym. Loại enzym
này được phân làm 5 nhóm dựa trên sự tương đồng về các amino acid. Các thành
viên trong cùng nhóm có sự tương đồng > 94%. Các nhóm khác nhau thì có sự
tương đồng ≤ 90% [24].

20


Hình 7. Phân nhóm CTX-M [6]

21

OXA: Các enzym này được đặt tên OXA vì chúng ưu tiên thủy phân oxacillin
và cloxacillin. Những enzyme kháng với ceftazidime và ít được ức chế bởi acid
clavulanic. Chúng thường thấy ở P. aeruginosa. Không phải tất cả các enzym OXA
đều là ESBL.Trong số 244 OXA-type beta-lactamase, ít nhất 16 OXA-type betalactam được biết là có một kiểu hình ESBL.
Một số loại khác thuộc nhóm ESBL như: SFO-1(Serratiafonticola),TLA1(TLAhuicas(indiantribe)), BES-1 (Brazilian Extended-Spectrum ß-lactamase),
GES-1 (Guyana Extended-Spectrum ß-lactamases), and BEL-1(BelgiumExtendedspectrumß-Lactamase).
6.2.2.2. AmpC-type β-lactamase
AmpC-β-lactamase thường được phân lập từ vi khuẩn Gram âm kháng
cephalosporin phổ rộng. AmpC β-lactamase thường được mã hóa trên các nhiễm
sắc thể của nhiều loại vi khuẩn Gram âm bao gồm Citrobacter, Serratia và
Enterobacter, Escherichia coli. AmpC β-lactamase cũng có thể được thực hiện
trên plasmid. AmpC β-lactamase, trái ngược với ESBL, thủy phân cephalosporin
phổ rộng (cephamycins và oxyimino-β-lactam) nhưng không bị ức chế bởi các
chất ức chế β -lactamase như acid clavulanic.
6.2.2.3. Carbapenemase
Carbapenemase là một nhóm đa dạng của β-lactamase đang hoạt động không
chỉ kháng lại các oxyimino-cephalosporin và cephamycins mà còn kháng lại
carbapenem.
7.

Thực trạng vi khuẩn sinh enzyme beta-lactam phổ rộng trên thế giới
Cho đến những năm 1990, phần lớn các ESBL phân lập được xác định trong lâm

sàng ở người là SHV hoặc TEM. Gần một thập kỷ sau đó, ESBL và AmpC betalactam đã xuất hiện trên tồn thế giới. Hiện nay, CTX-M enzyme đã trở thành loại
phổ biến nhất của ESBL. Một số nghiên cứu đã cho thấy sự xuất hiện của E.coli

22

sinh ESBL/AmpC ở động vật làm thực phẩm, và các chủng có liên quan từ các động
vật gần gũi với con người. Năm 2002, phân lập được vi khuẩn mang gen blaCTX-M-14,
blaCTX-M-2 và blaCMY-2 từ gia cầm khỏe mạnh tại Nhật Bản. Và sự xuất hiện của các
loại ESBL khác nhau ở lợn và gia súc khơng lâu sau đó.
Số liệu thống kê của C.Ewers và cộng sự về tỷ lệ nhiễm ESBL ở 3 khu vực
(Châu Á, châu Âu, Mỹ) và 4 vật chủ (Người, động vật nuôi trong gia đình, gia cầm,
lợn) năm 2012 cho thấy có sự phân bố khác nhau giữa các vùng miền và giữa các
vật chủ [12].

Biểu đồ 4. Phân bố của các nhóm gen blaCTX-M trên thế giới [12]

23


Biểu đổ 4 cho thấy các nhóm gen thường gặp nhất là blaCTX-M-1, blaCTX-M-14,
blaCTX-M-15, blaSHV-12, và blaCMY-2. Trong đó gen blaCTX-M-14, blaCTX-M-15 có sự khác
biệt ở các khu vực địa lý khác nhau. Gen blaCTX-M-14 là một trong những loại betalactam phổ biến nhất ở động vật gần gũi v ới con người, gia cầm ở châu Á (30-33%),
và gia súc, lợn (14%). Ở châu Âu, gen blaCTX-M-14 ít phổ biến trong chăn ni (47%) và thậm chí cịn khơng xuất hiện ở động vật gần gũi với con người. Gen blaCTXM-15

chỉ phát hiện ở gia cầm ở các quốc gia châu Âu với số lượng không đáng kể,

trong khi ở động vật gần gũi với con người tỷ lệ là 15% và bò/lợn là 8%. Ở các
nước châu Á và Mĩ, gen blaCTX-M-15 hiện diện trong tất cả các nhóm nghiên cứu. Gen
blaCTX-M-1 phổ biến rộng rãi các lồi động vật ở châu Âu (động vật gần gũi với con
người: 28%, thịt gia cầm: 28%, gia súc và lợn: 72%), tuy nhiên ít được báo cáo ở
các khu vực và môi trường sống khác. Ngược lại, gen blaCTX-M-1 từ E. coli chỉ chiếm
7% ở người khu vực châu Âu. Tuy nhiên, hai nghiên cứu mới đây của Hà Lan cho
thấy các blaCTX-M-1 là loại ESBL phổ biến nhất ở người khỏe mạnh, gia cầm và thịt
gà bán lẻ [12].

Tháng 11 năm 2014, Benjamin Lazarus và cộng sự đã tổng hợp các dữ liệu từ
2301 tóm tắt và 34 bài báo để tìm hiểu xem sự lan truyền vi khuẩn gây độc ngoài
đường ruột Escherichia coli (ESCR-EC) kháng cephalosporin từ động vật dùng làm
thực phẩm (food-producing animals-FPAs) đến con người. Trong đó, gia cầm ở Hà
Lan đã đư ợc cho là một trong những nguồn có khả năng gây nhiễm sang con người.
Các nghiên cứu đã chứng minh rằng vi khuẩn E.coli gây bệnh ngoài đường ruột và
vi khuẩn E.coli phân lập được từ gia cầm có sự truyền lẫn nhau các yếu tố độc lực.
Vì vậy, các chủng kháng thuốc có khả năng chuyển gen gây nguy cơ truyền nhiễm
từ nguồn gia cầm sang con người [4].
Vi khuẩn sinh ESBL đã gia tăng m ột cách nhanh chóng trên toàn cầu trong
một thập kỷ qua (Biểu đồ 5) [15].

24


Biểu đồ 5. Tốc độ gia tăng của vi khuẩn sinh ESBL trên tồn thế giới[15]
Trong vịng 10 năm từ 2001 đến 2011, ở Châu Âu và châu Mỹ tỷ lệ vi khuẩn
sinh ESBL chỉ tăng nhẹ và dao động dưới 10%. Châu Phi và khu vực Tây Thái Bình
Dương có tỷ lệ cao hơn, khoảng 20%. Tuy nhiên một con số đáng báo động cho khu
vực Đông Địa Trung Hải và Đông Nam Á, năm 2011, tỷ lệ này lên đến mức 6070%. Trong đó, vi khuẩn E.coli chiếm đa số và gen CTX-M là phổ biến nhất [15].
Theo ước tính của WHO về số người khoẻ mạnh trong cộng đồng nhiễm vi
khuẩn sinh ESBL ở các khu vực :

25