Nghiên cứu ở mức độ phân tử khả năng kháng carbapenem của một số vi khuẩn gram âm phân lập từ bệnh nhân tại bệnh viện việt đức và bệnh viện trung ương quân đội 108

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

TRẦN DIỆU LINH

NGHIÊN CỨU Ở MỨC ĐỘ PHÂN TỬ KHẢ NĂNG
KHÁNG CARBAPENEM CỦA MỘT SỐ VI KHUẨN
GRAM ÂM PHÂN LẬP TỪ BỆNH NHÂN
TẠI BỆNH VIỆN VIỆT ĐỨC VÀ
BỆNH VIỆN TRUNG ƯƠNG QUÂN ĐỘI 108

LUẬN ÁN TIẾN SĨ SINH HỌC

Hà Nội - 2018


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

TRẦN DIỆU LINH

NGHIÊN CỨU Ở MỨC ĐỘ PHÂN TỬ KHẢ NĂNG
KHÁNG CARBAPENEM CỦA MỘT SỐ VI KHUẨN
GRAM ÂM PHÂN LẬP TỪ BỆNH NHÂN
TẠI BỆNH VIỆN VIỆT ĐỨC VÀ
BỆNH VIỆN TRUNG ƯƠNG QUÂN ĐỘI 108

Chuyên ngành: Vi sinh vật học
Mã số: 62420107

LUẬN ÁN TIẾN SĨ SINH HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. GS. TS. Đặng Đức Anh
2. GS. TS. Phạm Văn Ty

Hà Nội - 2018


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan:
Đây là công trình nghiên cứu khoa học của riêng tôi, tất cả các kết quả và số liệu
trong luận án do chính tôi thực hiện.
Tất cả các số liệu trình bày trong luận án là trung thực, một phần đã được công bố
trên các tạp chí khoa học trong nước và nước ngoài.
Phần còn lại trong luận án chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nghiên
cứu nào khác.

Tác giả của luận án

Trần Diệu Linh


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên tôi muốn bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất tới GS. TS. Đặng Đức
Anh, Viện trưởng Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ương, là người hướng dẫn khoa học,
đã luôn giúp đỡ tôi, tận tình truyền đạt những kiến thức và kinh nghiệm quý báu để
tôi có thể hoàn thành luận án.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS. TS. Phạm Văn Ty, nguyên giảng
viên Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội, là giáo viên đồng

hướng dẫn, đã luôn nhiệt tình giúp đỡ, chỉ bảo động viên tôi trong quá trình học tập
và thực hiện nghiên cứu để tôi có thể hoàn thành luận án này.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS. BS. Trần Huy Hoàng, Phó Trưởng
khoa Vi khuẩn, Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ương, là cố vấn khoa học trong suốt quá
trình nghiên cứu, đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn tôi thực hiện các nghiên cứu, tạo
điều kiện cho tôi hoàn thành luận án này.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS. TS. Timothy Walsh, Trường Đại
học Cardiff, Anh và TS. Masato Suzuki, Viện Nghiên cứu Quốc gia các Bệnh truyền
nhiễm Nhật Bản đã hợp tác giải trình tự toàn bộ hệ gen vi khuẩn; TS. Rogier Van
Doorm, Đơn vị nghiên cứu lâm sàng Trường Đại học Oxford Hà Nội (OUCRU) đã
hỗ trợ phân tích kết quả, tạo điều kiện cho tôi hoàn thành luận án này.
Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành tới các bạn đồng nghiệp của Phòng thí
nghiệm Kháng sinh Khoa Vi khuẩn, Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ương và OUCRU
đã quan tâm, giúp đỡ, hỗ trợ tôi trong quá trình thực hiện nghiên cứu và hoàn thành
luận án.
Tôi xin gửi lời trân trọng cảm ơn tới:


Ban giám đốc, Trung tâm Đảm bảo chất lượng xét nghiệm và Kiểm chuẩn,

Khoa Vi khuẩn, Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ương;


Ban giám đốc cùng toàn thể cán bộ Khoa Vi sinh vật và Khoa Sinh học phân

tử, Bệnh viện Trung ương Quân đội 108;


Ban giám đốc cùng toàn thể cán bộ Khoa Vi sinh vật, Bệnh viện Hữu nghị

Việt Đức.


Cuối cùng tôi xin ghi nhớ công ơn sinh thành, nuôi dưỡng, dạy dỗ của cha mẹ
tôi, cha mẹ chồng và sự ủng hộ, động viên, thương yêu, chăm sóc, khích lệ của chồng,
con và các em, những người luôn ở bên tôi, là chỗ dựa vững chắc để tôi yên tâm học
tập và hoàn thành luận án.
Hà Nội, ngày

tháng

năm 2018.

Trần Diệu Linh


Nghiên cứu được thực hiện sử dụng kinh phí của các đề tài/dự án:
-

Đề tài cấp nhà nước "Đánh giá thực trạng kháng kháng sinh của vi khuẩn tại
Việt Nam, xác định đặc điểm cấu trúc gen và yếu tố liên quan của các vi khuẩn
kháng thuốc thường gặp ở Việt Nam" (Mã số: MOST: NHQT/SPĐP/02.16)
do TS. Trần Huy Hoàng chủ nhiệm.

-

Đề tài nhánh “Dịch tễ học phân tử của các chủng Enterobacteriaceae và
Acinetobacter kháng carbapenem" thuộc Dự án "Phát triển và áp dụng các kỹ
thuật chẩn đoán chuyên sâu một số bệnh truyền nhiễm tại Việt Nam" giữa Viện
Vệ sinh dịch tễ Trung ương và Viện Nghiên cứu Quốc gia các Bệnh truyền

nhiễm Nhật Bản giai đoạn 2016-2019 do TS. Trần Huy Hoàng chủ nhiệm.


MỤC LỤC
MỤC LỤC ..................................................................................................................1
CÁC TỪ VIẾT TẮT .................................................................................................4
DANH MỤC CÁC HÌNH .........................................................................................7
DANH MỤC CÁC BẢNG ........................................................................................9
MỞ ĐẦU ..................................................................................................................10
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN .....................................................................................14
1.1. Vi khuẩn Gram âm và tính kháng kháng sinh ................................................14
1.1.1. Vi khuẩn Gram âm ..................................................................................14
1.1.2. Tính kháng kháng sinh của vi khuẩn Gram âm ......................................15
1.1.3. Cơ chế kháng kháng sinh của vi khuẩn Gram âm...................................17
1.1.4. Cơ sở di truyền học của cơ chế kháng kháng sinh ..................................21
1.2. Kháng sinh nhóm carbapenem và cơ chế kháng kháng sinh nhóm carbapenem
của vi khuẩn Gram âm ..........................................................................................25
1.2.1. Kháng sinh nhóm carbapenem ................................................................25
1.2.2. Cơ chế đề kháng kháng sinh nhóm carbapenem của vi khuẩn Gram âm
...........................................................................................................................28
1.3. Một số phương pháp hiện đại ứng dụng trong nghiên cứu cơ chế đề kháng
carbapenem ở mức độ phân tử và khả năng lan truyền của các chủng vi khuẩn mang
gen kháng ..............................................................................................................41
1.3.1. Các phương pháp nghiên cứu đặc tính và cơ chế kháng carbapenem ở mức
độ phân tử của các chủng vi khuẩn kháng thuốc ..............................................41
1.3.2. Các phương pháp nghiên cứu khả năng lan truyền của các chủng vi khuẩn
mang gen kháng ................................................................................................44
1.4. Tình hình kháng kháng sinh nhóm carbapenem của vi khuẩn Gram âm trên thế
giới và tại Việt Nam ..............................................................................................46
1.4.1. Tình hình kháng kháng sinh nhóm carbapenem của vi khuẩn Gram âm

trên thế giới .......................................................................................................46
1.4.2. Tình hình kháng kháng sinh nhóm carbapenem của vi khuẩn Gram âm tại
Việt Nam ...........................................................................................................51
CHƯƠNG 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................54
2.1. Địa điểm nghiên cứu ......................................................................................54
2.2. Thiết kế nghiên cứu ........................................................................................54
2.3. Thời gian và địa điểm thực hiện nghiên cứu ..................................................54
2.3.1. Thời gian thực hiện .................................................................................54
2.3.2. Địa điểm thực hiện ..................................................................................54
2.4. Đối tượng nghiên cứu.....................................................................................55
1


2.5. Cỡ mẫu nghiên cứu ........................................................................................55
2.5.1. Cỡ mẫu cho mục tiêu 1 ...........................................................................55
2.5.2. Cỡ mẫu cho mục tiêu 2 ...........................................................................56
2.6. Sơ đồ tóm tắt các bước nghiên cứu ................................................................58
2.6.1. Sơ đồ tóm tắt các bước nghiên cứu đáp ứng mục tiêu 1 .........................58
2.6.2. Sơ đồ tóm tắt các bước nghiên cứu đáp ứng mục tiêu 2 .........................59
2.7. Phương pháp nghiên cứu................................................................................59
2.7.1. Trang thiết bị chính .................................................................................59
2.7.2. Nuôi cấy và định danh lại vi khuẩn.........................................................59
2.7.3. Tách chiết ADN ......................................................................................60
2.7.4. Phản ứng chuỗi polymerase (PCR) .........................................................60
2.7.5. Giải trình tự gen ......................................................................................60
2.7.6. Thử nghiệm khả năng sinh enzyme carbapenemase của các chủng mang
gen kháng bằng phương pháp Carba NP cải tiến (Carba NP - direct) ..............61
2.7.7. Thử nghiệm xác định nồng độ kháng sinh tối thiểu ức chế sự phát triển
của vi khuẩn (MIC) ...........................................................................................62
2.7.8. Kỹ thuật điện di xung trường (PFGE).....................................................63

2.7.9. Kỹ thuật giải trình tự toàn bộ hệ gen của vi khuẩn (WGS) ....................65
2.7.10. Kỹ thuật S1-PFGE và Southern blot ....................................................65
2.7.11. Kỹ thuật tiếp hợp vi khuẩn để truyền plasmid .....................................66
2.8. Xử lý và phân tích số liệu ..............................................................................67
2.9. Kiểm soát tính chính xác và độ tin cậy của các kỹ thuật trong quá trình nghiên
cứu .........................................................................................................................70
2.10. Đạo đức trong nghiên cứu ............................................................................70
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN ....................................71
3.1. Một số đặc điểm chung của các chủng vi khuẩn phân lập tại 2 bệnh viện ....71
3.2. Phát hiện sự có mặt của các gen mã hoá carbapenemase ở các chủng vi khuẩn
kháng carbapenem phân lập tại 2 bệnh viện .........................................................74
3.3. Xác định khả năng sinh enzyme carbapenemase và mức độ nhạy cảm kháng
sinh của các chủng vi khuẩn mang gen mã hoá carbapenemase...........................80
3.3.1. Xác định khả năng sinh enzyme carbapenemase của các chủng vi khuẩn
mang gen mã hoá carbapenemase .....................................................................80
3.3.2. Xác định mức độ nhạy cảm kháng sinh của các chủng vi khuẩn mang gen
mã hoá carbapenemase theo tiêu chuẩn lâm sàng .............................................82
3.4. Xác định mối liên hệ về kiểu gen của các chủng vi khuẩn mang gen mã hoá
carbapenemase phân lập tại Bệnh viện Việt Đức và Bệnh viện Trung ương quân
đội 108 ...................................................................................................................92

2


3.4.1. Xác định mối liên hệ về kiểu gen của các chủng vi khuẩn sinh enzyme
carbapenemase trong nghiên cứu bằng kỹ thuật PFGE ....................................92
3.4.2. Xác định mối liên hệ về kiểu gen và sequence type của các chủng vi khuẩn
sinh enzyme carbapenemase tại Việt Nam và trên thế giới bằng kỹ thuật giải
trình tự toàn bộ hệ gen của vi khuẩn .................................................................97
3.5. Xác định cơ chế lan truyền qua trung gian plasmid của các chủng vi khuẩn

mang gen mã hoá carbapenemase .......................................................................110
3.5.1. Xác định đặc điểm của các plasmid mang gen mã hoá carbapenemase
.........................................................................................................................110
3.5.2. Xác định khả năng lan truyền gen kháng qua trung gian plasmid giữa các
chủng vi khuẩn ................................................................................................117
3.6. Xác định cấu trúc của các yếu tố di truyền di động mang gen mã hoá
carbapenemase ....................................................................................................119
3.6.1. Cấu trúc của các yếu tố di truyền di động mang gen blaKPC-2 ...............120
3.6.2. Cấu trúc của các yếu tố di truyền di động mang gen blaNDM-1..............123
3.6.3. Cấu trúc của các yếu tố di truyền di động mang gen blaOXA-48 .............126
3.6.4. Cấu trúc của yếu tố di truyền di động mang gen blaIMP-1 .....................127
3.6.5. Cấu trúc của yếu tố di truyền di động mang gen blaOXA-23 ...................129
KẾT LUẬN ............................................................................................................131
KIẾN NGHỊ ...........................................................................................................133
DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ ĐÃ XUẤT BẢN CÓ
LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN..............................................................................134
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................135
PHỤ LỤC TÀI LIỆU ..................................................................................................
PHỤ LỤC 1: DANH SÁCH MẪU NGHIÊN CỨU VÀ KẾT QUẢ THEO MỘT SỐ
NỘI DUNG CỦA MỤC TIÊU 1 ..................................................................................
PHỤ LỤC 2: DANH SÁCH MẪU NGHIÊN CỨU ĐƯỢC GIẢI TRÌNH TỰ TOÀN
BỘ HỆ GEN CỦA MỤC TIÊU 2 .................................................................................
PHỤ LỤC 3: BẢNG PHIÊN GIẢI KẾT QUẢ MIC THEO TIÊU CHUẨN CLSI 2017
.......................................................................................................................................

3


CÁC TỪ VIẾT TẮT
Viết đầy đủ tiếng Anh

Giải nghĩa tiếng Việt

A. baumannii

Acinetobacter baumannii

ADN
ATCC

Deoxyribonucleic acid
American Type Culture
Collection

blaCTX

Gene coding for CTX -

Gen mã hoá sinh tổng hợp

lactamase

enzyme -lactamase CTX

Gene coding for IMP -

Gen mã hoá sinh tổng hợp

lactamase

enzyme -lactamase IMP

Gene coding for KPC -

Gen mã hoá sinh tổng hợp

lactamase

enzyme -lactamase KPC

Gene coding for NDM -

Gen mã hoá sinh tổng hợp

lactamase

enzyme -lactamase NDM

Gene coding for OXA-23 -

Gen mã hoá sinh tổng hợp

lactamase

enzyme -lactamase OXA-23

Gene coding for OXA-24 -

Gen mã hoá sinh tổng hợp

lactamase

enzyme -lactamase OXA-24

Gene coding for OXA-48 -

Gen mã hoá sinh tổng hợp

lactamase

enzyme -lactamase OXA-48

Gene coding for OXA-51 -

Gen mã hoá sinh tổng hợp

lactamase

enzyme -lactamase OXA-51

Gene coding for OXA-58 -

Gen mã hoá sinh tổng hợp

lactamase

enzyme -lactamase OXA-58

Gene coding for SHV -

Gen mã hoá sinh tổng hợp

lactamase

enzyme -lactamase SHV

blaTEM

Gene coding for TEM -

Gen mã hoá sinh tổng hợp
enzyme -lactamase TEM

bp
CAZ
CIP

lactamase
Base pairs
Ceftazidime
Ciprofloxacin

blaIMP
blaKPC
blaNDM
blaOXA-23
blaOXA-24
blaOXA-48
blaOXA-51
blaOXA-58

blaSHV

Vi khuẩn Acinetobacter
baumannii
Axit nucleic
Bộ sưu tập chủng chuẩn Mỹ

Cặp bazơ
Kháng sinh Ceftazidime
Kháng sinh Ciprofloxacin

4


CLSI

Clinical and Laboratory
Standards Institute
CS
Colistin
CTX
Cefotaxime
DDD/100
Define daily dose/100 bed
days
E. coli
Escherichia coli
EDTA
Ethylene diamine tetra acetic
acid

ESBL
Extended-spectrum βlactamase
GES
Guiana extended spectrum
IMI
Imipenem-hydrolyzing βlactamase
Kháng sinh IMP Imipenem
IMP
Imipenemase
IS
KPC
K. pneumoniae

Insert sequence
Klebsiella pneumoniae
carbapenemase
Klebsiella pneumoniae

LB

Luria-Bertani

MEM
MIC

Meropenem
Minimal Inhibitory
Concentration

MLST

Multi Locus Sequence
Typing
National Center for
Biotechnology Information

NCBI

5

Viện Tiêu chuẩn lâm sàng và
Phòng xét nghiệm
Kháng sinh Colistin
Kháng sinh Cefotaxime
Liều xác định trong ngày/100
ngày nằm viện
Vi khuẩn Escherichia coli
Axit Ethylene diamine tetra
acetic
Enzyme ly giải vòng β-lactam
phổ rộng
Enzyme Guiana phổ rộng
Enzyme beta-lactamase ly giải
kháng sinh imipenem
Kháng sinh Imipenem
Enzyme ly giải kháng sinh
imipenem
Trình tự chèn
Enzyme carbapenemase phát
hiện ở K. pneumoniae

Vi khuẩn Klebsiella
pneumoniae
Môi trường Luria-Bertani nuôi
cấy vi khuẩn
Kháng sinh Meropenem
Nồng độ kháng sinh tối thiểu
ức chế sự phát triển của vi
khuẩn
Phân loại trình tự đa locus
Trung tâm Thông tin Công
nghệ Sinh học Quốc gia, Hoa
Kỳ


NDM

New Delhi Metallolactamase

OXA

Oxacillinase

PCR
PFGE
P. aeruginosa
SHV

Polymerase Chain Reaction
Pulsed-field Gel
Electrophoresis

Pseudomonas aeruginosa
Sulphydryl variable enzyme

SIM

Seoul imipenemase

SME

Serratia marcescens enzyme

SPM

Sao Paulo metallo-betalactamase

ST
TEM

Sequence type
β-lactamase named after a
Greek patient Temoneira

THT

Triton Hodge Test

TƯQĐ
VIM
WGS

Verona integron-encoded
Metallo-lactamase
Whole genome sequence

6

Enzyme New Delhi Metallolactamase được đặt theo tên
của thủ đô New Delhi
Enzyme oxacillinase ly giải
carbapenem
Phản ứng chuỗi
Điện di xung trường
Trực khuẩn mủ xanh
Enzyme sulphydryl ly giải
kháng sinh phổ rộng
Enzyme ly giải imipenem đặt
theo tên thủ đô Seoul
Enzyme Serratia marcescens
ly giải carbapenem
Enzyme metallo-betalactamase-1 được đặt theo tên
của thủ đô Sao Paulo
Loại trình tự gen
Enzyme beta-lactamase được
đặt theo tên của bệnh nhân
người Hy Lạp
Thử nghiệm Hodge Test cải
tiến bổ sung Triton
Trung ương Quân đội
Enzyme Verona integronencoded Metallo-lactamase
Giải trình tự toàn bộ hệ gen vi

khuẩn


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1: Đích tác động của các nhóm kháng sinh phổ biến ở tế bào vi khuẩn. .....17
Hình 1.2: Các cơ chế kháng kháng sinh phổ biến của các vi khuẩn Gram âm. .......17
Hình 1.3: Các cơ chế truyền gen ngang: tiếp hợp (A), biến nạp (B), tải nạp (C) và
thông qua các yếu tố truyền gen (D). ........................................................................23
Hình 1.4: Cấu trúc cơ bản của IS và transposon. .....................................................24
Hình 1.5: Cấu trúc cơ bản của integron. ...................................................................25
Hình 1.6: Cấu trúc phân tử của carbapenem so với penicillin và cephalosporin . ...26
Hình 1.7: Các cơ chế đề kháng carbapenem chủ yếu của vi khuẩn Gram âm. ........29
Hình 1.8: Quá trình thuỷ phân carbapenem của họ enzyme carbapenemase sử dụng
serine ở vị trí hoạt động (nhóm A và nhóm D) xúc tác cho quá trình thuỷ phân. ....30
Hình 1.9: Cấu trúc transposon Tn4410 chứa gen blaKPC. .........................................33
Hình 1.10: Cấu trúc di truyền của transposon chứa gen blaNDM-1. ...........................36
Hình 1.11: Cấu trúc của các dạng transposon Tn1999 mang gen blaOXA-48 . ...........40
Hình 1.12: Phân bố các chủng sinh enzyme KPC trên thế giới. ..............................47
Hình 1.13: Phân bố các chủng sinh enzyme NDM trên thế giới. .............................48
Hình 1.14: Sự phân bố của các chủng sinh enzyme họ OXA-48-like trên thế giới. 50
Hình 2.1: Các bước phân tích dữ liệu WGS để xác định các đặc điểm phân tử của các
chủng vi khuẩn mang gen mã hoá carbapenemase. .................................................69
Hình 3.1: Tỉ lệ phân bố các chủng vi khuẩn kháng carbapenem thu thập từ 2 bệnh
viện. ...........................................................................................................................72
Hình 3.2: Tỉ lệ phân bố các chủng vi khuẩn theo loại mẫu thu thập từ 2 bệnh viện.
...................................................................................................................................73
Hình 3.3: Hình ảnh đại diện cho phản ứng PCR phát hiện các gen mã hoá
carbapenemase sử dụng các cặp mồi đặc hiệu. .........................................................74
Hình 3.4: Hình ảnh đại diện cho kết quả xác định các biến thể của gen mã hoá
carbapenemase và một số chủng mang đồng thời nhiều gen mã hoá carbapenemase.

...................................................................................................................................79
Hình 3.5: Hình ảnh đại diện cho thử nghiệm khả năng sinh enzyme carbapenemase
của các chủng vi khuẩn mang gen kháng bằng phương pháp CarbaNP cải tiến. .....81
Hình 3.6: Mối liên hệ về kiểu gen giữa các chủng E. coli mang gen mã hoá
carbapenemase phân lập từ 2 bệnh viện. ...................................................................92
Hình 3.7: Mối liên hệ về kiểu gen giữa các chủng K. pneumoniae mang gen kháng
mã hóa carbapenemase phân lập từ 2 bệnh viện. ......................................................94
Hình 3.8: Mối liên hệ về kiểu gen giữa các chủng A. baumannii mang gen kháng mã
hóa carbapenemase phân lập từ 2 bệnh viện. ............................................................96

7


Hình 3.9: Cây phân loại kiểu gen của các chủng vi khuẩn E. coli mang gen mã hoá
carbapenemase phân lập tại 2 bệnh viện nghiên cứu ................................................98
Hình 3.10: Cây phân loại kiểu gen của các chủng vi khuẩn E. coli mang gen mã hoá
carbapenemase phân lập tại 4 bệnh viện lớn của Hà Nội. ......................................100
Hình 3.11: Biểu đồ mối liên hệ và phân bố sequence type của vi khuẩn E. coli mang
gen mã hoá carbapenemase theo các châu lục. .......................................................102
Hình 3.12: Cây phân loại kiểu gen của các chủng vi khuẩn K. pneumoniae mang gen
mã hoá carbapenemase phân lập tại 2 bệnh viện nghiên cứu .................................104
Hình 3.13: Cây phân loại kiểu gen của các chủng vi khuẩn K. pneumoniae mang gen
mã hoá carbapenemase phân lập tại 4 bệnh viện lớn của Hà Nội. ..........................106
Hình 3.14: Biểu đồ mối liên hệ và phân bố sequence type của vi khuẩn K.
pneumoniae mang gen mã hoá carbapenemase theo các châu lục..........................109
Hình 3.15: Kết quả phát hiện plasmid mang gen blaKPC của một số chủng vi khuẩn
phân lập tại Bệnh viện TƯQĐ 108 và Việt Đức bằng kỹ thuật S1-PFGE và Southern
blot. ..........................................................................................................................112
Hình 3.16: Kết quả phát hiện plasmid mang gen blaNDM của một số chủng vi khuẩn
phân lập tại Bệnh viện TƯQĐ 108 và Việt Đức bằng kỹ thuật S1-PFGE và Southern

blot. ..........................................................................................................................114
Hình 3.17: Kết quả phát hiện plasmid mang gen blaOXA-48-like của một số chủng vi
khuẩn phân lập tại Bệnh viện TƯQĐ 108 và Việt Đức bằng kỹ thuật S1-PFGE và
Southern blot. ..........................................................................................................117
Hình 3.18: Các dạng cấu trúc của yếu tố di truyền di động mang gen blaKPC-2. ....121
Hình 3.19: Các dạng cấu trúc của yếu tố di truyền di động mang gen blaNDM-1. ...124
Hình 3.20: Cấu trúc của yếu tố di truyền di động mang gen blaOXA-48. .................127
Hình 3.21: Cấu trúc của yếu tố di truyền di động mang gen blaIMP-1. ...................127
Hình 3.22: Cấu trúc của yếu tố di truyền di động mang gen blaOXA-23. .................129

8


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1: Đặc điểm của các loại kháng sinh thuộc nhóm carbapenem được sử dụng
trong lâm sàng. ..........................................................................................................27
Bảng 1.2: Đặc điểm của một số họ enzyme carbapenemase chính thuộc nhóm A, B
và D . .........................................................................................................................32
Bảng 2.1: Trình tự các cặp mồi đặc hiệu phát hiện gen mã hoá carbapenemase .....61
Bảng 2.2: Cách diễn giải kết quả thử nghiệm Carba NP cải tiến .............................62
Bảng 3.1: Số lượng chủng vi khuẩn thu thập tại 2 bệnh viện trong giai đoạn nghiên
cứu. ............................................................................................................................71
Bảng 3.2: Phân bố các chủng vi khuẩn mang gen mã hoá carbapenemase ở 2 bệnh
viện. ...........................................................................................................................75
Bảng 3.3: Số lượng chủng vi khuẩn kháng carbapenem mang các gen mã hoá
carbapenemase ..........................................................................................................76
Bảng 3.4: Kết quả thử nghiệm khả năng sinh carbapenemase của các chủng kháng
bằng phương pháp CarbaNP cải tiến.........................................................................82
Bảng 3.5: Kết quả thử nghiệm nồng độ kháng sinh tối thiểu ức chế sự phát triển của
vi khuẩn E. coli (n=39)..............................................................................................84

Bảng 3.6: Kết quả thử nghiệm nồng độ kháng sinh tối thiểu ức chế sự phát triển của
vi khuẩn K. pneumoniae (n=88). ...............................................................................85
Bảng 3.7: Kết quả thử nghiệm nồng độ kháng sinh tối thiểu ức chế sự phát triển của
vi khuẩn A. baumannii (n=90). .................................................................................86
Bảng 3.8: Kết quả thử nghiệm nồng độ kháng sinh tối thiểu ức chế sự phát triển của
vi khuẩn A. baumannii (n=90) (tiếp). ........................................................................87
Bảng 3.9: Số lượng và loại plasmid chiếm ưu thế mang các gen mã hoá
carbapenemase ........................................................................................................111
Bảng 3.10: Kết quả thử nghiệm tiếp hợp truyền plasmid giữa các chủng vi khuẩn
mang gen mã hoá carbapenemase và chủng vi khuẩn nhận E. coli J53..................118

9


MỞ ĐẦU
Vi khuẩn kháng kháng sinh là một vấn đề quan trọng và ảnh hưởng trực tiếp đến
công tác chăm sóc, bảo vệ sức khoẻ cho con người. Tổ chức Y tế thế giới cũng như
các quốc gia phát triển như Anh, Mỹ đều đã gióng những hồi chuông cảnh báo về tốc
độ gia tăng tình trạng kháng kháng sinh của các chủng vi khuẩn gây bệnh thường gặp
trên lâm sàng hiện nay. Điều này nghiêm trọng tới mức một số nhà lãnh đạo nổi tiếng
như nguyên thủ tướng Anh David Cameron, tổng giám đốc Tổ chức Y tế thế giới
Margaret Chan hay nguyên tổng thống Mỹ Barack Obama đã phải lên tiếng cảnh báo
về tác động to lớn của nó đến đời sống, sức khoẻ con người, kinh tế và xã hội [218].
Tình trạng vi khuẩn kháng kháng sinh càng nguy hiểm khi có sự xuất hiện và lây lan
nhanh chóng của các chủng vi khuẩn kháng carbapenem, vì nhóm kháng sinh này vốn
được coi là kháng sinh thuộc “nhóm lựa chọn cuối cùng” sử dụng trong bệnh viện
để điều trị các trường hợp nhiễm trùng do vi khuẩn đa kháng thuốc hoặc kháng
colistin, là kháng sinh được khuyến cáo sử dụng trở lại như là liệu pháp điều trị cho
các trường hợp nhiễm khuẩn do vi khuẩn kháng carbapenem gây ra [104, 114]. Với
tốc độ lan rộng nhanh chóng và mức độ kháng của các chủng vi khuẩn kháng kháng

sinh hiện nay sẽ dẫn tới hậu quả là không còn kháng sinh điều trị hiệu quả trong 5-10
năm tới. Do vậy tình trạnh vi khuẩn kháng kháng sinh đang giành được sự quan tâm
đặc biệt của nhiều nhà khoa học trên thế giới với số lượng các nghiên cứu về vi khuẩn
kháng kháng sinh ngày một tăng.
Vi khuẩn kháng lại kháng sinh là một hiện tượng tự nhiên, tuy nhiên việc lạm
dụng kháng sinh trong các lĩnh vực chăm sóc sức khoẻ, nông nghiệp và môi trường
là nguyên nhân hàng đầu tạo áp lực cho vi khuẩn kháng lại kháng sinh. Sự lây lan
nhanh chóng của vi khuẩn gây bệnh kháng kháng sinh có liên quan mật thiết đến năng
lực chẩn đoán, kiểm soát nhiễm khuẩn trong các bệnh viện, điều kiện vệ sinh, khả
năng tiếp cận nguồn nước sạch của người dân (đặc biệt là tại các quốc gia đang phát
triển) và sự gia tăng đi lại, thông thương trong thời đại toàn cầu hoá. Trong số các
nguyên nhân hàng đầu dẫn đến sự lan rộng nhanh chóng của vi khuẩn kháng kháng
sinh, sự lan truyền trong các cơ sở y tế đứng hàng thứ 3 [90].
10


Việt Nam nằm trong khu vực châu Á được xem là "điểm nóng" của vi khuẩn
kháng kháng sinh. Nhận thức sâu sắc được tầm quan trọng của vấn đề này, trong
những năm vừa qua, Bộ Y tế cùng các ban ngành liên quan đang phối hợp với các tổ
chức, quốc gia trên thế giới triển khai các hoạt động các hoạt động phòng chống vi
khuẩn kháng kháng sinh với các tổ chức, quốc gia trên thế giới. Hiện nay các báo cáo
cho thấy tại Việt Nam vi khuẩn Gram âm đã kháng lại carbapenem trong các bệnh
viện ở mức độ cao. Hai căn nguyên gây nhiễm khuẩn bệnh viện thường gặp là P.
aeruginosa và A. baumannii được đánh giá ở 6 bệnh viện năm 2008 cho thấy: 20%
các chủng P. aeruginosa và 50% các chủng A. baumannii kháng kháng sinh nhóm
carbapenem [80]. Một số nghiên cứu đã chỉ ra vai trò của các gen blaNDM-1, blaKPC,
blaOXA-23 và blaOXA-58 trong cơ chế kháng carbapenem của vi khuẩn Gram âm được
phân lập tại một số bệnh viện ở Việt Nam và bước đầu xác định được một số đặc
điểm dịch tễ học phân tử của các vi khuẩn kháng carbapenem được phân lập [16, 200,
201]. Các kết quả nghiên cứu này đã từng bước giúp chúng ta có được những thông

tin hữu ích về các khía cạnh: dịch tễ học, lâm sàng, các yếu tố nguy cơ, đặc điểm về
vi sinh và sinh học phân tử của vi khuẩn kháng carbapenem tại Việt Nam.
Tuy nhiên các nghiên cứu trên cho thấy còn một số vấn đề cần được làm sáng
tỏ bao gồm: (i) Số lượng chủng kháng carbapenem được xác định mang gen blaNDM1,

blaKPC, blaOXA-23 và blaOXA-58 thấp hơn nhiều so với tổng số chủng kháng carbapenem

phát hiện được [7, 8, 193]; (ii) Những điểm tương đồng hoặc khác biệt giữa các chủng
mang gen kháng phân lập tại các bệnh viện Việt Nam với các chủng kháng trên thế
giới cũng chưa được làm rõ nhất là trong bối cảnh giao thông và du lịch phát triển
mạnh, tạo cơ hội cho sự lây lan của các chủng kháng trên phạm vi toàn cầu; (iii) đặc
biệt chưa đi sâu tìm hiểu đặc điểm phân tử của các chủng vi khuẩn kháng carbapenem
phân lập tại Việt Nam. Ngoài ra trong 5 năm trở lại đây, với sự ra đời của các kỹ thuật
tiên tiến như giải trình tự toàn bộ hệ gen (WGS) và các phần mềm tin sinh học phân
tích hệ gen đã trở thành những công cụ đắc lực cho các nhà nghiên cứu, cung cấp
những bằng chứng khoa học có độ tin cậy rất cao.

11


Do đó, việc xác định sự tồn tại của các gen mã hoá sinh tổng hợp enzyme
carbapenemase (gọi tắt là gen mã hoá carbapenemase) khác, làm rõ mối liên hệ về
kiểu gen, sequence type (ST) giữa các chủng mang gen kháng ở Việt Nam và trên thế
giới cũng như tìm hiểu rõ hơn về đặc điểm phân tử của các chủng vi khuẩn Gram âm
kháng carbapenem phân lập trong những bệnh viện lớn đã trở thành nhu cầu cấp thiết
và là cơ sở để chúng tôi thực hiện đề tài: "Nghiên cứu ở mức độ phân tử khả năng
kháng carbapenem của một số vi khuẩn Gram âm phân lập từ bệnh nhân tại Bệnh
viện Việt Đức và Bệnh viện Trung ương Quân đội 108". Kết quả nghiên cứu này sẽ
giúp bổ sung các thông tin quan trọng về cơ chế kháng phổ biến nhất là sinh enzyme
carbapenemase ở mức độ phân tử, sự lây lan của các chủng vi khuẩn Gram âm kháng

carbapenem theo cơ chế này tại Việt Nam và mối liên hệ với các chủng vi khuẩn
kháng carbapenem trên thế giới, làm cơ sở khoa học để đưa ra các biện pháp kiểm
soát nhiễm khuẩn hiệu quả trong bệnh viện, đồng thời góp phần giảm gánh nặng và
nguy cơ lan truyền vi khuẩn kháng thuốc ra ngoài cộng đồng.

Mục tiêu của đề tài:
1.

Phát hiện sự có mặt của các gen mã hoá carbapenemase ở các chủng vi

khuẩn E. coli, K. pneumoniae, A. baumannii kháng carbapenem phân lập tại Bệnh
viện Việt Đức và Bệnh viện Trung ương Quân đội 108.
2.

Xác định được một số đặc điểm phân tử của các chủng vi khuẩn mang gen

mã hoá carbapenemase phân lập tại Bệnh viện Việt Đức và Bệnh viện Trung ương
Quân đội 108.

Nội dung của đề tài:
1.

Phát hiện sự có mặt của gen mã hoá carbapenemase ở các chủng vi khuẩn

E. coli, K. pneumoniae, A. baumannii kháng carbapenem phân lập tại 2 bệnh viện;
2.

Xác định khả năng sinh enzyme carbapenemase và mức độ nhạy cảm

kháng sinh của các chủng mang gen mã hoá carbapenemase;

12


3.

Xác định mối liên hệ về kiểu gen và sequence type giữa các chủng vi khuẩn

mang gen mã hoá carbapenemase của Việt Nam và thế giới;
4.

Xác định cơ chế lan truyền qua trung gian plasmid của các chủng vi khuẩn

mang gen mã hoá carbapenemase;
5.

Xác định cấu trúc của các yếu tố di truyền di động mang gen mã hoá

carbapenemase.

Những đóng góp mới của đề tài:
1.

Là nghiên cứu có hệ thống đầu tiên ở Việt Nam áp dụng kỹ thuật giải trình

tự toàn bộ hệ gen của vi khuẩn để xác định cơ chế kháng carbapenem ở mức độ phân
tử bằng con đường sinh tổng hợp enzyme carbapenemase của một số chủng vi khuẩn
Gram âm gây nhiễm trùng phổ biến phân lập từ mẫu bệnh phẩm lâm sàng.
2.

Kết quả nghiên cứu bước đầu cho thấy mối liên hệ về kiểu gen, sequence

type giữa các chủng vi khuẩn kháng carbapenem trong nghiên cứu này với các chủng
vi khuẩn kháng carbapenem trên thế giới, qua đó cung cấp các thông tin hữu ích về
nguồn gốc và sự lây lan của các chủng vi khuẩn Gram âm kháng carbapenem tại các
địa điểm nghiên cứu, làm cơ sở đề xuất các biện pháp kiểm soát nhiễm khuẩn để giảm
nguy cơ lây truyền vi khuẩn kháng thuốc ra cộng đồng.
3.

Nghiên cứu đầu tiên về đặc điểm phân tử của các plasmid và yếu tố di

truyền di động mang gen mã hoá carbapenemase.

13


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. VI KHUẨN GRAM ÂM VÀ TÍNH KHÁNG KHÁNG SINH
1.1.1. Vi khuẩn Gram âm
Vi khuẩn Gram âm là một nhóm vi khuẩn có lớp màng kép: trong cùng là màng
sinh chất, tiếp theo là một lớp peptidoglycan mỏng nằm trong khoang chu chất và sau
đó tới màng ngoài. Lớp màng ngoài là phức hợp lipidpolysaccharide nội độc tố gồm
lipoprotein và lipopolysaccharide. Màng ngoài có cấu trúc gần giống màng tế bào
chất nhưng phospholipid hầu như chỉ gặp ở lớp trong, còn ở lớp ngoài là
lipopolysaccharide dày khoảng 8-10 nm gồm 3 thành phần: Lipid A, Polysaccharide
lõi và kháng nguyên O [2]. Màng ngoài còn có thêm các protein:
Protein cơ chất: porin ở vi khuẩn còn gọi là protein lỗ xuyên màng với chức
năng cho phép một số loại phân tử đi qua chúng như dipeptide, disaccharide, các ion
vô cơ…;
- Protein màng ngoài: chức năng vận chuyển một số phân tử riêng biệt và đưa qua

màng ngoài như: nucleotide, vitamin B12…;
- Lipoprotein: đóng vai trò liên kết lớp peptidoglycan bên trong với lớp màng
ngoài.
Ở mặt ngoài của một số vi khuẩn Gram âm có những sợi nhỏ và ngắn gọi là pili,
được chia thành 2 loại là pili chung và pili giới tính. Pili chung giúp vi khuẩn bám
lên các bề mặt qua đó quyết định tính chất ngưng kết hồng cầu của vi khuẩn. Pili giới
tính lại đóng vai trò quan trọng là cầu nối truyền ADN từ tế bào vi khuẩn cho sang tế
bào vi khuẩn nhận trong quá trình tiếp hợp [2].
Cũng như nhiều loại sinh vật, trong hệ gen của vi khuẩn có nhiều gen chịu trách
nhiệm tổng hợp nhiều loại sản phẩm khác nhau cho quá trình sống, sinh trưởng và
phát triển của chúng. Điều đặc biệt là có nhiều gen cực kỳ quan trọng của vi khuẩn
lại không nằm trong hệ gen của chúng mà định vị trên những ADN vòng tách biệt,
nằm rải rác trong nguyên sinh chất của vi khuẩn gọi là các plasmid.
Plasmid là một phân tử ADN, có cấu trúc khép lại thành vòng tròn độc lập, có
khả năng tồn tại và nhân lên một cách độc lập với hệ gen của tế bào chủ và tương tác,
14


hoạt động vững bền với tế bào chủ. Giữa chúng và hệ gen của tế bào vật chủ có sự
tương tác cộng sinh và chi phối lẫn nhau. Do vậy plasmid của loại vi khuẩn nào
thường chỉ thích nghi với loại vi khuẩn đó. Tương tự, vi khuẩn chỉ tiếp nhận những
plasmid mà chúng là tế bào vật chủ của các loại plasmid đó [2].
Plasmid thường chứa các gen mã hoá khả năng sinh tổng hợp kháng sinh, đồng
thời cũng mang các gen sinh tổng hợp sản phẩm kháng lại kháng sinh. Ở một số vi
sinh vật gây bệnh cho người và động vật, chúng còn là chủ nhân của một số gen sinh
tổng hợp các loại độc tố và các protein có hoạt tính cao có chức năng tăng cường độc
lực cho vi khuẩn. Do plasmid là một công cụ giúp vận chuyển ADN từ cá thể này
sang cá thể khác thông qua hiện tượng truyền gen ngang nên chúng đóng vai trò cực
kỳ quan trọng trong lĩnh vực y, sinh, nông, dược và môi trường. Tuy nhiên vi khuẩn
Gram âm cũng là căn nguyên phổ biến của các bệnh nhiễm trùng phổ biến trong cộng

đồng và trong môi trường bệnh viện, gây ra những tổn thất to lớn cả về sức khỏe,
kinh tế và xã hội.
1.1.2. Tính kháng kháng sinh của vi khuẩn Gram âm
Cho đến nay biện pháp điều trị chủ yếu cho các bệnh nhiễm trùng do vi khuẩn
gây ra là sử dụng kháng sinh. Kháng sinh là những chất kháng khuẩn do các chủng
vi sinh vật (vi khuẩn, nấm…) sản sinh ra hoặc được tổng hợp nhân tạo, có tác dụng
ức chế sự phát triển hoặc tiêu diệt vi khuẩn ngay ở nồng độ thấp. Có thể phân loại
kháng sinh theo cấu trúc phân tử hoặc hóa học (ví dụ: betalactam, macrolides,
tetracycline, quinolones, aminoglycosides, sulphonamides…), theo cơ chế tác dụng
(ví dụ: ức chế tổng hợp thành tế bào, ức chế tổng hợp protein…) hoặc theo phổ tác
dụng (ví dụ: kháng sinh phổ hẹp, phổ rộng) [6].
Những chủng vi khuẩn kháng thuốc đầu tiên được phát hiện trong các bệnh viện
là nơi sử dụng rất nhiều kháng sinh. Chủng vi khuẩn Streptoccoccus pyogenes kháng
sulfonamide được phát hiện trong một bệnh viện quân đội vào những năm 1930. Theo
sau là chủng Staphylococcus aureus kháng penicillin hoành hành ở các bệnh viện
London vào những năm 1940, không lâu sau khi đưa penicillin vào sử dụng trong
điều trị. Các chủng đa kháng (kháng lại nhiều loại kháng sinh) được phát hiện đầu

15


tiên ở vi khuẩn đường ruột như Escherichia coli (E. coli), Shigella và Salmonella vào
cuối những năm 1950 đến đầu những năm 1960 [109]. Từ đó, tình trạng kháng kháng
sinh nhanh chóng lan rộng ra khắp các quốc gia trên thế giới, cho thấy một mối đe
dọa nghiêm trọng với sức khỏe cộng đồng (với nhiều ca tử vong do điều trị thất bại
các vi khuẩn kháng thuốc) và những phí tổn về mặt kinh tế và xã hội [47, 110]. Ở
Mỹ, ước tính thiệt hại do các vi sinh vật kháng thuốc gây ra dao động trong khoảng
$150 triệu tỉ đến $30 tỉ đô la mỗi năm nhưng con số thực tế còn gấp nhiều lần nếu
tính cả mức độ ảnh hưởng tới cộng đồng [110].
Tính đề kháng của vi khuẩn có thể bắt nguồn từ hai yếu tố: yếu tố di truyền quy

định tính đề kháng của vi sinh vật và hoạt tính của kháng sinh đã ức chế các vi khuẩn
nhạy và chọn lọc những vi khuẩn kháng. Tính đề kháng sẽ phát triển khi có mặt đồng
thời 2 yếu tố này trong môi trường hoặc vật chủ. Các gen quy định đặc tính kháng và
tế bào vi khuẩn sẽ cùng nhân lên và lan rộng dưới áp lực chọn lọc của kháng sinh có
trong môi trường [110]. Mặc dù có hơn 15 nhóm kháng sinh tác động vào tế bào vi
khuẩn theo nhiều cơ chế khác nhau (Hình 1.1) nhưng tất cả đều không tránh khỏi các
cơ chế kháng của vi khuẩn.

16


Hình 1.1: Đích tác động của các nhóm kháng sinh phổ biến ở tế bào vi khuẩn [121].

1.1.3. Cơ chế kháng kháng sinh của vi khuẩn Gram âm
Nhìn chung, cơ chế kháng kháng sinh của vi khuẩn Gram âm khá đa dạng (Hình
1.2) và thường được phân chia thành 3 nhóm cơ chế chính: làm giảm sự hấp thụ kháng
sinh vào bên trong tế bào vi khuẩn; thay đổi đích tác động của kháng sinh và sản sinh
ra các enzyme để ức chế hoặc biến đổi kháng sinh [36].

Hình 1.2: Các cơ chế kháng kháng sinh phổ biến của các vi khuẩn Gram âm [154].

1.1.3.1. Làm giảm sự hấp thụ kháng sinh
Vi khuẩn Gram âm có thể làm giảm sự hấp thụ kháng sinh bằng cách hạn chế
kháng sinh chui vào bên trong tế bào, tăng cường việc bơm đẩy kháng sinh ra ngoài
tế bào hoặc kết hợp cả 2 phương thức này.
So với vi khuẩn Gram dương, lớp màng ngoài của vi khuẩn Gram âm tạo nên
một lớp hàng rào bảo vệ cho tế bào vi khuẩn. Vì vậy đa số các nhóm kháng sinh kỵ
nước như aminoglycosides, rifamycins và macrolides sẽ khuếch tán qua màng lipid
kép của tế bào vi khuẩn còn nhóm β-lactams sẽ đi vào bên trong qua protein lỗ màng

17


(porins) nằm trên màng ngoài tế bào [57]. Bằng việc thay đổi cấu trúc của lỗ màng
hoặc loại bỏ lỗ màng, vi khuẩn Gram âm sẽ hạn chế được kháng sinh đi vào bên trong
tế bào. Ví dụ việc mất lỗ màng ở A. baumannii được cho là căn nguyên của tính đề
kháng với imipenem and meropenem [82]. Kết quả một nghiên cứu khác cũng chỉ ra
tính kháng carbapenem của Enterobacteriaceae tăng đáng kể do xuất hiện đột biến
làm giảm quá trình tổng hợp lỗ màng hoặc thay đổi sang loại lỗ màng khác [220].
Cơ chế chủ động bơm đẩy kháng sinh ra ngoài tế bào giúp vi khuẩn Gram âm
đề kháng với hầu hết các loại kháng sinh (trừ polymyxin). Một số loại bơm đẩy đặc
hiệu với một nhóm kháng sinh (ví dụ bơm Tet đặc hiệu với tetracycline), nhưng đa
số các loại bơm đẩy có tác dụng với nhiều nhóm kháng sinh (bơm đẩy đa kháng) khác
nhau như bơm AcrB-TolC ở E. coli có thể đẩy fluoroquinolones, β-lactams,
tetracycline, chloramphenicol, acriflavine, trimethoprim ra ngoài tế bào vi khuẩn
[82]. Mặc dù ban đầu các gen mã hóa bơm đẩy đa kháng đều nằm trên nhiễm sắc thể
của vi khuẩn nhưng gần đây đã có bằng chứng khoa học cho thấy các gen này di
chuyển sang plasmid, qua đó có thể lan truyền sang các cá thể cùng loài hay thậm chí
khác loài [64].
1.1.3.2. Thay đổi đích tác động
Thành tế bào đóng một vai trò quan trọng trong sự tồn tại và sinh trưởng của vi
khuẩn, vì thế các enzyme tham gia vào quá trình tổng hợp thành tế bào trở thành đích
tác động của nhiều loại kháng sinh. Thay đổi phổ biến nhất trong kiểu kháng này là
đột biến ở protein gắn penicillin (Penicillin-Binding Proteins - PBP), làm giảm ái lực
với kháng sinh β-lactam. Hoặc để hạn chế nhóm kháng sinh polymyxin gắn vào màng,
vi khuẩn, đặc biệt là họ Acinetobacter spp., có thể thay đổi cấu trúc lipid A của màng
ngoài tế bào vi khuẩn [154].
Đối với quá trình tổng hợp protein, các đột biến ở rARN 23S của tiểu phần
ribosome 50S đã làm giảm ái lực gắn với các kháng sinh nhóm macrolides,
lincosamides và streptogramin B [82]. Nếu đột biến ở gen mã hóa rARN 16S giúp vi

khuẩn kháng lại aminoglycosides thì các đột biến ở gen gyrA và parC (mã hóa ADN

18


gyrase và topoisomerase IV) lại khiến kháng sinh nhóm quinolones/ fluoroquinolones
không thể gắn vào vị trí này [70].
Trong một số trường hợp, vi khuẩn sẽ kháng lại tác động của kháng sinh bằng
cách thay đổi con đường trao đổi chất vốn bị kháng sinh tác động sang phương thức
mới. Ví dụ vi khuẩn có thể sinh tổng hợp loại PBP mới thay cho PBP đã bị kháng
sinh tác động hoặc sản suất ra các enzyme dihydropteroate synthetase và
dihydropteroate reductase khác thay thế các enzyme cũ giúp làm giảm độ nhạy và ái
lực với trimethoprim và sulphonamides [82].
1.1.3.3. Sinh tổng hợp enzyme ức chế hoặc biến đổi kháng sinh
Vi khuẩn có thể sinh tổng hợp các enzyme nhằm biến đổi kháng sinh thông qua
3 hình thức: ly giải, chuyển nhóm và oxi-hóa khử.
1.1.3.3.1. Các enzyme ly giải kháng sinh
Nhiều loại kháng sinh thông dụng có các liên kết hóa học ở dạng ester hay
amide, dễ dàng bị ly giải dưới tác dụng của các enzyme làm đứt gẫy các liên kết này.
Loại enzyme ly giải phổ biến nhất là β-lactamase, cắt liên kết amide trong vòng βlactam của kháng sinh nhóm β-lactam để ngăn không cho kháng sinh tiếp cận với
PBP. Có thể phân loại β-lactamase theo đặc điểm cấu trúc phân tử hoặc theo chức
năng, nhưng cách phân loại phổ biến nhất là theo cấu trúc phân tử với 4 nhóm A, C,
D (sử dụng serine ở vị trí 70 để ly giải vòng β-lactam) và nhóm B, hay còn gọi là
metallo-β-lactamase (sử dụng ion để làm mất hoạt tính vòng β-lactam) [52]. Cấu trúc
tinh thể của các β-lactamase nhóm A, C và D cũng như các transpeptidases khá tương
đồng cho thấy 3 nhóm này có thể tiến hóa từ cùng một nguồn gốc là các enzyme ly
giải penicillin. Tuy nhiên cấu trúc của các enzyme nhóm B lại chỉ ra sự tiến hóa từ
một nguồn gốc độc lập với các nhóm còn lại [219].
Các loại enzyme β-lactamase có ý nghĩa nhất trong lâm sàng thường do các gen
nằm trên nhiễm sắc thể hoặc plasmid mã hóa. Các gen này có thể truyền giữa các vi

khuẩn cùng loài hoặc giữa các loài khác nhau thông qua plasmid, transposon hoặc
integron [22]. Đặc điểm này làm cho cơ chế kháng kháng sinh thông qua sản sinh β-

19