β-β- 内酰胺酶的分类及检测内酰胺酶的分类及检测

蒋晓飞

复旦大学附属华山医院检验医学中心

表 2 β- 内酰胺酶的结构和功能分类分子结构 功能 举例 最适底物 抑制剂

(Ambler) (Bush) PEN CARB OX CR CTX ATM IPM CLAV CLOX EDTA丝氨酸酶 A 2a PC1 ， LEN-1 卅 十 － 土 － － － 卄 － － 2b SHV-1,TEM-1 卅 十 十 卄 － － － 卄 － － 2be K1,TEM-3, 卅 十 十 卄 卄 卄 － 卄 － － SHV-2,PER-1 2br TEM-31 卅 十 十 十 － － － － － － 2C PSE-1,BRO-1 卄 卅 十 十 － － － 十 － － 2e 卄 卄 － 卄 卄 卄 － 卄 － － 2f Sme-1,NMC-A 卄 十 ? 十 十 卄 卄 十 － － IMI-1 C 1 AmpC 卄 十 － 卅 十 － － － 卄 － D 2d OXA-1 卄 十 卅 十 － － － V － － 未定 4 AVS-1 卄 卄 卄 V V － － － － － 金属酶 B 3 IMP-1 卄 卄 卄 卄 卄 － 卄 － － 卄 嗜麦芽 L-1  

•Bush-J-M 分类策略 • 3 组金属酶• 头孢菌素酶 1 组• 酶 EDTA 2e 组• 2a 组 • 2d 组• 青霉素 酶 2c 组 • 2f 组• 非金属酶 4 组 • 2be 组 • 广谱酶 2b

• 2br 组

小结

1 组酶：头孢菌酶 ，优先水解底物是头孢菌素，它们水解青霉素的的速率低于水解头孢噻啶的速率的 30% ，对三代头孢菌素和头霉烯耐药，但对碳青酶烯和四代头孢菌素较为敏感，对酶抑制剂克拉维酸和 EDTA 均不敏感，可被氯唑西林抑制

2 组酶：优先水解青霉素类抗生素，其中水解头孢噻啶的速率低于水解青霉素的速率的 30% 者为青霉素酶 ，又分为 2a 、 2b 、 2c 、2d 、 2e 和 2 f 亚组。

3 组酶：又称金属酶，能灭活青霉素类、头孢菌素类和碳青酶烯类抗生素，但对安曲南敏感；酶活性可被 EDTA 抑制，但酶抑制剂克拉维酸和氯唑西林对它无作用 。

4 组酶：是染色体介导的耐抑制剂的青霉素酶，对头孢类抗生素的敏感性不定，对氨曲南和碳青霉烯敏感。

A 类 β- 内酰胺酶

1 。 A 类 β- 内酰胺酶：

广谱酶 2b 组

A B

A 大肠埃希菌 TEM-1 型酶结构 ； B 肺炎克雷伯菌的 SHV-1 型酶结构

超广谱 β- 内酰胺酶 (2be)

经典超广谱 β- 内酰胺酶

TEM 型 ESBLs

SHV 型 ESBLs SHV-2 型 ESBLs 、 SHV-5 型 ESBLs

SHVΩ 环突变型 ESBLs

其他超广谱 β- 内酰胺酶

CTX-M- 型酶 可为分 4 个小组

PER-1 及其相关 ESBL PER-1 、 -2 、 VEB-1 、2

CME-1 TLA-1

特殊的非典型 ESBL SFO-1 、 GES-1

TEM 型 ESBLs

1 ． Glu140→Lys 和 Glu240→Lys 替换 ：对头孢他啶和氨曲南 耐药

2 ． Arg164→Ser 或 His ：对头孢他啶耐药 ，对头孢噻肟敏感

3 ． Gly238→Ser ：主要提高了对头孢噻肟的水解能力（如 TEM-19

)

SHV 型 ESBLs

1. SHV-2 型 ESBLs ： Gly238→Ser ，主要提高水解头孢噻肟的能力

2. SHV-5 型 ESBLs ：同时具有 Gly238→Ser 和 Glu240→Lys 突变

3. SHVΩ 环突变型 ESBLs ： Asp179→Ala 、 Arg

A 类 β- 内酰胺酶与 B 类、 C 类和 D 类酶的同源性比较

B 类 β- 内酰胺酶 又称金属 β- 内酰胺酶， Bush 功能分类中属于 3 组酶，能灭活青霉素类、头孢菌素类和碳青酶烯类抗生素，但对安曲南敏感；酶活性可被 EDTA 抑制，但酶抑制剂克拉维酸和氯唑西林对它无作用 。

金属酶的功能亚分类 ： 3a 、 3b 、 3c

金属酶的分子生物学亚型分类 :B1 、 B2 、 B3

 

亚分类 物学亚类 酶的型别 宿主 发现国家 发现时间 分子量 等电点 3a B1 CcrA3 脆弱拟杆菌 美国 1994 26 未测3a B1 CcrA4 脆弱拟杆菌 美国 1994 26 未测3a B1 CcrA 脆弱拟杆菌 美国 1986 26 5.23a B1 PCM-1 洋葱假单胞菌 未知 1994 未测 8.53a B1 IMP-1 铜绿假单胞菌 日本 1991 28 9.0 3a B1 IMP-2 不动杆菌属 意大利 1999 26 8.1 3a B1 IMP-3 铜绿假单胞菌 日本 2000 3a B1 IMP-4 不动杆菌属 香港 2001 8.0 杨氏枸橼酸杆菌 中国 2001 未测 未测 3a B1 IMP-6 粘质沙雷菌 日本 2001 未测 未测 3a B1 IMP-7 铜绿假单胞菌 加拿大 2002 3a B1 IMP-8 肺炎克雷伯菌 中国台湾 2001 未测 8.2 3a B1 VIM-1 铜绿假单胞菌 意大利 1999 5.3 3a B1 VIM-2 铜绿假单胞菌 法国 2000 未测 未测 3a B1 VIM-3 铜绿假单胞菌 台湾 2000 未测 5.1 3b B2 CphA 嗜水气单胞菌 意大利 1993 28 8.03b B2 A2h 嗜水气单胞菌 美国 1990 28 8.03b B2 ACP 嗜水气单胞菌 苏格兰 1996 31 8.23b B2 AsbM1 简达气单胞菌 美国 1990 34 9.13b B2 AsA-1 杀蛙气单胞菌 苏格兰 1994 19 >7.93b B2 Imis 温和气单胞菌 英国 1995 未测 9.3c B2 戈氏军团菌 1986 25 10.53a B3 L1 嗜麦芽窄食单胞菌 日本 1982 118 6.9

 

B 类 β- 内酰胺酶

金属酶的三维结构图

A ： CcrA （脆弱拟杆菌） B ： BcⅡ（蜡样芽胞杆菌） C ： L1（嗜麦芽窄食单胞菌）

园柱代表 α 螺旋，板片代表 β 片层 绿色数字为 His 残基，兰灰色数字为 Asp 残基，橙色数字为 Cys 或 Ser 残基。

AB C

获得性金属酶

（ 1 ） IMP 型金属酶

（ 2 ） VIM 型金属酶

β- 内酰胺酶的检测

1 ．酶蛋白性质分析：包括表型分析和酶动力学分析。

2 ．基因分析：基因型别分类、测序、分析其结构基因和调控

基因。

3 ．转移性分析：分析酶编码基因位于质粒上还是染色体上；

在不在整合子中。

收集菌株

耐药表型分析（纸片药敏试验和 E- 试验分析）

提取酶粗制品进行三相水解试验、等电聚焦电泳和酶动力学分析

根据结果判定酶的类群，选择相应 PCR引物扩增

阳性 阴性

整合子 PCR初筛

阳性 阴性

鸟枪法克隆可表达

β- 内酰胺酶基因

测定 PCR产物序列 PCR扩增全 测定全克隆片段

可变区并测序 序列

整合子检查 提取质粒接合实验 克隆并转化到 DH5α 表达 β- 内酰胺酶

阳性 阴性

钙转或MgCl2或电转化

•（ 2 ）耐药表型分析：纸片药敏试验和 E- 试验测定 MICs

•（ 3 ）酶性质分析：提取酶粗提物进行 a. 三相水解试验。b. 等电聚焦电泳。 C. 酶动力学分析。•（ 4 ）基因分析： a.PCR 扩增及 PCR 产物测序。 b.PCR扩增整合子全可变区，分析其中结构和可能的 β- 内酰胺酶基因。•C. 鸟枪法克隆可表达的 β- 内酰胺酶基因，分析基因结构。•（ 4 ）转移性分析： A 。质粒： a. 质粒接合试验。 b. 转化试验：电转化、钙转化或 MgCl2 转化• B 。整合子： a.PCR 扩增整合子全可变区及 PCR产物序列测定。

ESBLsESBLs 和和 AmpCβ-AmpCβ- 内酰胺酶的检内酰胺酶的检测测

一、一、 ESBLsESBLs 的检测的检测

1 ．纸片法： 表 1 肺克、催娩克雷伯、大肠埃希菌

ESBLs 产株纸片法初筛和确证实验2 ． MIC 法： 表 2 肺克、催娩克雷伯、大肠埃希菌

ESBLs 产株 MIC 法初筛和确证实验

验方法 初筛试验 表型确证试验培养基 MH MH 抗菌药物浓度 头孢泊肟 10μg 或 头孢他啶 30μg 头孢他啶 30μg 或 头孢他啶 / 克拉维酸 30/10μg 氨曲南 30μg 或 和 头孢噻肟 30μg 或 头孢噻肟 30μg 头孢曲松 30μg 头孢噻肟 / 克拉维酸 30/10μg （同时用多于一种抗生素可提高试验灵敏度） （确证试验要求同时做上述四种纸片） 孵育条件 同标准纸片扩散法 同标准纸片扩散法结果 头孢泊肟抑菌圈 ≤ 22mm 有一种抗生素出现加有克拉维酸纸片抑菌圈≥ 头孢他啶抑菌圈 ≤ 22mm 没有加克拉维酸纸片抑菌圈 5 mm= 产 ESBL 氨曲南抑菌圈 ≤ 27mm 头孢噻肟抑菌圈 ≤ 27mm 头孢曲松抑菌圈 ≤ 25mm = 可疑产 ESBL质量控制 阴性对照 ATCC25922   阴 性对照 ATCC25922 加有克拉维酸 （参考质控标准） ≤没有加克拉维酸抑菌圈 2mm 阳性对照 ATCC700603 头孢泊肟抑菌圈 9-16mm 头孢他啶 / 克拉维酸抑菌圈 头孢他啶抑菌圈 10-18mm ≥ 头孢他啶抑菌圈 5 mm 氨曲南抑菌圈 9-17mm 头孢噻肟抑菌圈 17-25mm 头孢噻肟 / 克拉维酸抑菌圈 头孢曲松抑菌圈 16-24mm ≥ 头孢噻肟抑菌圈 3 mm    

验方法 初筛试验 表型确证试验培养基 CAMHB CAMHB

抗菌药物浓度 头孢泊肟 1μg /mL 或 头孢他啶 0.25-128 μg /mL 头孢他啶 1μg /mL 或 头孢他啶 / 克拉维酸 0.25/4-128/4μg 氨曲南 1μg /mL 或 和 头孢噻肟 1μg /mL 或 头孢噻肟 0.25-64 μg /mL 头孢曲松 1μg /mL 头孢噻肟 / 克拉维酸 0.25/4-64/4μg

（同时用多于一种抗生素 （确证试验要求同时做上述 可提高试验灵敏度） 四种纸片） 孵育条件 同标准 MIC 法 同标准 MIC 法结果 生长 = 可疑产 ESBL 有一种抗菌素生素出现加有克拉维酸 （例： MIC ≥ 2 μg /mL ） 的 MIC≥ 没有加克拉维酸的 MIC 3 个对 倍稀释度 = 产 ESBL

质量控制 阴性对照 ATCC25922 = 无生长 阳性对照 ATCC700603 阳性对照 ATCC700603 头孢泊肟抑菌圈 ≥ 2 μg /mL 有一种抗菌素生素出现加有克拉维 头孢他啶抑菌圈 ≥ 2 μg /mL 的 MIC≥ 没有加克拉维酸的 MIC 3 个对 氨曲南抑菌圈 ≥ 2 μg /mL 倍稀释度 头孢噻肟抑菌圈 ≥ 2 μg /mL 头孢曲松抑菌圈 ≥ 2 μg /mL  

二、二、 AmpC AmpC β-β- 内酰胺酶的检测内酰胺酶的检测

1 ．初筛试验2 ．头孢西丁三相水解试验3 ．联合用克拉维酸和氯唑西林两种抑

制 平行试验

AmpC 酶的检测 1 ．  酶的提取 冻融法 超声波破碎法 1 个菌落 1 个菌落  

种入 12ml 大豆汤。 35 度震摇 4-6h 种入 40ml 大豆汤。 35 度震摇过夜  

4 度 40000rpm ，离心 20min ，去上清液 4 度 4000rpm ，离心 20 分钟，去上清

沉淀物 -890 度反复冻溶 5 次 重悬在 5mlpH7.0 的 .01MPBS 中，  

加入 1.5mlpH7.0 的 0.01MPBS ， 超声波破碎 10秒，间隔 15秒重复 旋转混匀。 10 次   4 度 12,000 转 rpm 离心 20 分钟 4 度 12,000rpm 离心 20 分   取上清， -20 度保存备用 取上清液， -20 度保存备用

1 ．  测定方法 0. 5 麦氏单位浓度的大肠杆菌 ATCC25922

涂在 MH 平皿上，中心贴头孢西丁纸片（ 30 ）   切出 3-4 个不同方向的狭缝，钩出其中的琼脂   每沟中加入待测菌的 40 的粗提物 35 度孵育过夜 观察结果