شناسایی مولکولی ژن‌ها و جهش‌های مقاومت

شناسایی مولکولی مقاومت، تعیین‌کننده‌های ژنتیکی مقاومت ضدمیکروبی را مستقیماً شناسایی می‌کند، به جای اینکه مقاومت را از رشد در حضور دارو استنباط کند. این شامل تکثیر هدفمند اسید نوکلئیک ژن‌های مقاومت شناخته‌شده، شناسایی جهش‌های نقطه‌ای مرتبط با مقاومت، و توالی‌یابی کل ژنوم است که کل مقاومت‌ژنوم (resistome) را بررسی می‌کند.

Definition

شناسایی مولکولی مقاومت، استفاده از تکثیر اسید نوکلئیک، هیبریداسیون، یا توالی‌یابی برای شناسایی ژن‌های مقاومت، زمینه‌های ژنتیکی متحرک آن‌ها، یا جهش‌های مرتبط با مقاومت در یک میکروارگانیسم است که اساس ژنتیکی مقاومت را مستقیماً مشخص می‌کند.

Scope

این مدخل، سنجش‌های مولکولی هدفمند برای ژن‌های مقاومت اکتسابی و جهش‌های مقاومت کروموزومی، پلتفرم‌های سریع یکپارچه مورد استفاده در محل مراقبت یا نزدیک آن، و شناسایی مبتنی بر توالی‌یابی با پایگاه‌های داده ژن مقاومت انتخاب‌شده را پوشش می‌دهد. همچنین به چگونگی ارتباط ژنوتیپ با فنوتیپ می‌پردازد. این یک ماده مرجع روش‌شناختی است و راهنمایی درمانی ارائه نمی‌دهد.

Core questions

• این ارگانیسم کدام ژن‌ها یا جهش‌های مقاومت را حمل می‌کند؟
• سنجش‌های هدفمند، پلتفرم‌های سریع یکپارچه، و توالی‌یابی کل ژنوم در دامنه و کاربرد چه تفاوتی دارند؟
• یک ژنوتیپ شناسایی‌شده تا چه حد فنوتیپ مقاومت را پیش‌بینی می‌کند؟

Key concepts

• ژن‌های مقاومت اکتسابی و مقاومت‌ژنوم (resistome)
• جهش‌های نقطه‌ای مرتبط با مقاومت (مثلاً rpoB برای ریفامپین)
• واکنش زنجیره‌ای پلیمراز (PCR) و تکثیر اسید نوکلئیک
• پلتفرم‌های سریع یکپارچه مبتنی بر کارتریج
• توالی‌یابی کل ژنوم و پایگاه‌های داده ژن مقاومت
• عناصر ژنتیکی متحرک (پلاسمیدها، ترانسپوزون‌ها، اینتگرون‌ها)
• پیش‌بینی و عدم تطابق ژنوتیپ-فنوتیپ

Mechanisms

سنجش‌های مولکولی هدفمند، ژن‌ها یا جهش‌های مقاومت خاص را تکثیر و شناسایی می‌کنند: تکثیر اسید نوکلئیک می‌تواند ژن‌های اکتسابی مانند تعیین‌کننده‌های کارباپنماز یا مقاومت به متی‌سیلین، یا جهش‌های کروموزومی مانند تغییرات rpoB که مقاومت به ریفامپین را در مایکوباکتریوم توبرکلوزیس (Mycobacterium tuberculosis) ایجاد می‌کنند، شناسایی کند (boehme-2010). پلتفرم‌های یکپارچه مبتنی بر کارتریج، استخراج، تکثیر و شناسایی را ترکیب می‌کنند تا نتایج ژنوتیپی سریع را از نمونه‌های بالینی ارائه دهند. توالی‌یابی کل ژنوم، مجموعه کامل تعیین‌کننده‌های مقاومت را بررسی می‌کند که با پایگاه‌های داده انتخاب‌شده ژن‌های مقاومت اکتسابی مطابقت داده می‌شوند تا مقاومت را پیش‌بینی کنند (zankari-2012؛ ellington-2017). از آنجایی که بسیاری از ژن‌های مقاومت بر روی عناصر ژنتیکی متحرک مانند پلاسمیدها، ترانسپوزون‌ها و اینتگرون‌ها قرار دارند، روش‌های مولکولی همچنین به شناسایی زمینه ژنتیکی و پتانسیل انتشار آن‌ها کمک می‌کنند (partridge-2018؛ strahilevitz-2009). شناسایی ژنوتیپی سریع است اما همیشه فنوتیپ را پیش‌بینی نمی‌کند، زیرا حضور ژن، بیان و مکانیسم‌های اضافی همگی نقش دارند (ellington-2017).

Clinical relevance

شناسایی مولکولی از تشخیص سریع تعیین‌کننده‌های مقاومت برای نظارت، کنترل عفونت و مدیریت حمایت می‌کند و می‌تواند شیوع و انتقال را مشخص کند. این مدخل این روش‌ها را به عنوان دانش مرجع در مورد چگونگی شناسایی و مشخص کردن مقاومت توصیف می‌کند؛ توصیه‌های تشخیصی یا تجویزی فردی ارائه نمی‌دهد.

Epidemiology

نظارت مبتنی بر توالی‌یابی ژن‌های مقاومت و عناصر متحرک آن‌ها برای ردیابی ظهور و گسترش بین‌المللی مقاومت، پیوند دادن ایزوله‌ها در محیط‌های مختلف و آشکارسازی انتشار تعیین‌کننده‌های پلاسمید-حمل‌شونده، محوری شده است (partridge-2018؛ strahilevitz-2009؛ ellington-2017).

History

شناسایی مولکولی مقاومت از سنجش‌های مبتنی بر PCR برای ژن‌های منفرد در دهه‌های 1990 و 2000 به پلتفرم‌های سریع یکپارچه و به طور فزاینده‌ای به توالی‌یابی کل ژنوم گسترش یافت. یک نقطه عطف در پذیرش بالینی، سنجش کارتریج خودکار برای شناسایی همزمان مایکوباکتریوم توبرکلوزیس (Mycobacterium tuberculosis) و مقاومت به ریفامپین بود که شناسایی سریع مقاومت ژنوتیپی را به عمل روتین آورد (boehme-2010)، در حالی که پایگاه‌های داده انتخاب‌شده، شناسایی سیستماتیک ژن‌های مقاومت اکتسابی را از داده‌های توالی امکان‌پذیر ساختند (zankari-2012).

Debates

آیا توالی‌یابی می‌تواند جایگزین آزمایش حساسیت فنوتیپی شود؟

توالی‌یابی کل ژنوم می‌تواند مقاومت را برای برخی ترکیبات ارگانیسم-دارو پیش‌بینی کند اما نه به طور قابل اعتماد برای همه، زیرا حضور ژن بیان را تضمین نمی‌کند و هر مکانیسمی توسط پایگاه‌های داده فعلی ثبت نمی‌شود؛ اینکه ژنوتیپ تا چه حد می‌تواند جایگزین فنوتیپ شود، نامشخص است.

تفسیر عدم تطابق ژنوتیپ-فنوتیپ

ژن‌های مقاومت شناسایی‌شده گاهی اوقات به صورت فنوتیپی بیان نمی‌شوند، و فنوتیپ‌های مقاوم گاهی اوقات فاقد توضیح ژنتیکی شناخته‌شده هستند، بنابراین تطبیق نتایج مولکولی و فنوتیپی یک چالش روش‌شناختی باقی می‌ماند.

Seminal works

• boehme-2010
• zankari-2012
• ellington-2017

Frequently asked questions

تفاوت بین شناسایی یک ژن مقاومت و اندازه‌گیری مقاومت چیست؟

روش‌های مولکولی تعیین‌کننده ژنتیکی مقاومت را مستقیماً شناسایی می‌کنند، در حالی که آزمایش حساسیت اندازه‌گیری می‌کند که آیا ارگانیسم واقعاً در حضور دارو رشد می‌کند یا خیر؛ یک ژن ممکن است بدون بیان شدن وجود داشته باشد، بنابراین این دو می‌توانند با هم اختلاف داشته باشند.

توالی‌یابی کل ژنوم چه چیزی می‌تواند به شناسایی مقاومت اضافه کند؟

توالی‌یابی می‌تواند مجموعه کامل ژن‌ها و جهش‌های مقاومت را به طور همزمان بررسی کند و زمینه ژنتیکی متحرک آن‌ها را مشخص کند، که از نظارت و بررسی شیوع حمایت می‌کند، اگرچه پیش‌بینی آن از فنوتیپ هنوز برای هر ترکیب ارگانیسم-دارو قابل اعتماد نیست.

چرا عناصر ژنتیکی متحرک در شناسایی مولکولی مهم هستند؟

بسیاری از ژن‌های مقاومت بر روی پلاسمیدها، ترانسپوزون‌ها و اینتگرون‌ها حمل می‌شوند که می‌توانند بین باکتری‌ها حرکت کنند، بنابراین شناسایی و مشخص کردن این عناصر به توضیح چگونگی گسترش مقاومت کمک می‌کند.