Comparison of Tn1546-like Elements in vanA Genotype Enterococcus gallinarum and E. faecalis or E. faecium

Abstract

배경: Enterococcus gallinarum은 인간의 장내에 상재하는 세균으로 vancomycin에 저도의 자연 내성을 가지고 있으며, 일부에서는 vanA 내성 유전자를 획득하여 vancomycin에 고도 내성균으로 변할 수 있다. 이에 본 연구에서는 6명의 환자에서 동시에 분리된 vancomycin 내성 E. gallinarum과 E. faecium 혹은 E. faecalis의 vancomycin 내성 유전자 구조를 비교 분석하였다.

방법: 2000년 1월부터 2004년 12월 사이에 신촌 세브란스병원에 입원한 환자 중에서 동시에 vancomycin에 고도 내성을 보이는 E. gallinarum과 E. faecalis 혹은 E. faecium이 분리된 여섯 쌍을 대상으로 하였다. 균주 동정은 전통적인 방법으로 하였고, overlapping PCR과 유전자 염기서열 분석을 시행하여 E. gallinarum과 E. faecalis 혹은 E. faecium의 Tn1546 구조를 비교하였다

결과: 모든 E. gallinarum과 E. faecalis 혹은 E. faecium은 vanA 유전자 양성으로, Tn1546 분석 결과, prototype인 BM4147과 동일한 구조를 갖는 균주는 없었다. 내성 유전자의 구조는 다양하였으나, 크게 3가지로 분류할 수 있었고 모두 IS를 갖고 있었다. I형은 orf2-vanR intergenic region에 IS1542가, vanX-vanY intergenic region에 IS1216V가 삽입된 구조였고, II형은 IS1542와 IS1216V가 삽입되어 I형과 기본 구조는 동일하였으나, IS1542가 삽입된 부위의 앞 쪽에 있는 orf1과 orf2 부위가 소실된 구조를 가지고 있었다. III형은 II형과 기본적인 구조는 동일하였으나 orf2-vanR intergenic region에 삽입된 IS1542 앞으로 다시 IS1216V가 삽입되어 3개의 IS를 갖는 구조였다. 6쌍 중, 2쌍은 Tn1546 구조가 동일하였고, 2쌍은 전혀 달라서, 환자의 장내에 동시에 2가지 이상의 Tn1546 유형을 갖는 VRE가 존재하는 것으로 생각되었으며, 2쌍은 일부 구조에 차이가 있어, Tn1546 이동 이후에 유전자 변이가 일어났거나, Tn1546 구조가 다른 균주에 의한 동시 감염이 있었을 것으로 생각되었다.

결론: 일부 vanA 유전형 E. gallinarum은 vancomycin 내성 E. faecalis 혹은 E. faecium으로부터 내성 유전자를 전달받았을 것으로 생각되며, 이는 vanA 유전자 전달 매개체로 작용할 수 있어 감염 관리 측면에서 주의가 필요할 것으로 생각된다.

Background: Enterococcus gallinarum, an organism often found in the intestine, is intrinsically resistant to low level vancomycin, but some of them are highly resistant to vancomycin due to acquisition of vanA gene. We occasionally detected both vanA carrying E. gallinarum and E. faecalis or E. faecium in the same patients, suggesting transfer of the resistance gene from the latter. In this study, the structures of Tn1546-like elements in E. gallinarum, and E. faecalis or E. faecium from the same patients were compared to determine the clinical significance of the vanA genotype E. gallinarum isolates.

Methods: Six pairs of vanA genotype E. gallinarum and E. faecalis or E. faecium were isolated at a tertiary-care hospital in Korea during 2000 to 2004. Species identification was performed by conventional methods. and the vancomycin-resistance genotypes were determined by PCR. For structural analysis of Tn1546-like elements, overlapping PCR amplification and sequencing of the internal regions were performed.

Results: All isolates were positive for vanA genes by PCR. The analysis of Tn1546-like elements showed structurally related three types of distribution of IS elements integrated: Type I had insertion of an IS1542 in the orf2-vanR intergenic region, and an IS1216V in the vanX-vanY intergenic region. Type II was similar with Type I but accompanied with the partial and complete deletions of orf1 and orf2. Type III had an IS1216V and an IS1542 in the orf2-vanR intergenic region, and an IS1216V in the vanX-vanY intergenic region. Two of the six vanA clusters in E. gallinarum isolates had structures identical to those in E. faecalis or E. faecium strains isolated from the same patients. However, in some isolate pairs, the origin of Tn1546 cannot be determined, because the structures were not identical, and colonization of multiple clones was supposed.

Conclusion: vanA clusters in some E. gallinarum, and in E. faecalis or E. faecium isolates from the same patients had an identical structure, indicating their transfer from the latter. It is assumed that vanA type E. gallinarum can act as a reservoir of vanA gene for interspecies spread.