信息素调控质粒介导的粪肠球菌耐药基因接合转移机制研究进展

粪肠球菌是一种在自然环境中广泛存在的革兰氏阳性细菌.由于其特殊的耐药机制及高频率的耐药基因转移方式,导致了环境中耐药粪肠球菌的广泛传播,生态安全形势严峻.其中,信息素应答质粒介导的粪肠球菌耐药基因的接合转移是造成粪肠球菌耐药基因快速扩散的重要方式.本文回顾了近些年关于信息素应答质粒接合转移的研究成果,分析总结了接合转移的必要条件、正负调控信息素对接合转移的调节作用,并以携带四环素抗性的质粒pCF10为例简要探讨了接合转移相关基因、蛋白的调控机制,旨在更加全面地揭示粪肠球菌的耐药基因传播机制,为耐药细菌的基因转移机制研究提供参考.     

信息素调控质粒介导的粪肠球菌耐药基因接合转移机制研究进展

粪肠球菌是一种在自然环境中广泛存在的革兰氏阳性细菌.由于其特殊的耐药机制及高频率的耐药基因转移方式,导致了环境中耐药粪肠球菌的广泛传播,生态安全形势严峻.其中,信息素应答质粒介导的粪肠球菌耐药基因的接合转移是造成粪肠球菌耐药基因快速扩散的重要方式.本文回顾了近些年关于信息素应答质粒接合转移的研究成果,分析总结了接合转移的必要条件、正负调控信息素对接合转移的调节作用,并以携带四环素抗性的质粒pCF10为例简要探讨了接合转移相关基因、蛋白的调控机制,旨在更加全面地揭示粪肠球菌的耐药基因传播机制,为耐药细菌的基因转移机制研究提供参考.     

纳米二硫化钼促进粪肠球菌中信息素诱导质粒介导的耐药基因接合转移

粪肠球菌是一种通常寄居在人和动物胃肠道中的机会致病菌,并广泛存在于环境中。其可通过基因的水平转移获得抗生素抗性。纳米二硫化钼(molybdenum disulfide, MoS_2)是一种新型的二维层状材料,有广泛的应用前景,但缺乏对纳米MoS_2完整的生物安全评价。本研究以粪肠球菌为接合模型,将纳米MoS_2加入接合体系中研究其对信息素诱导质粒pCF10接合转移的影响。研究发现,纳米MoS_2具有促进接合转移的作用,其中25 mg·L^(-1)的纳米MoS_2促进效果最明显,可以将接合频率提高5倍～8倍。因为纳米MoS_2良好的生物相容性对细胞膜通透性、细胞内活性氧水平和接合转移调控基因的表达都没有产生明显影响。纳米MoS_2具有吸附性能,而且又是片层状的结构,这使得其可以附着在细菌表面,促进细菌的聚集,进而促进pCF10质粒接合转移的发生。     

离子液体[BMIm][PF6]增强抗性质粒RP4介导的接合转移基因mRNA的表达水平

环境中广泛存在的抗生素和抗生素抗性基因会导致很严重的人类健康风险。在我们前期研究中发现,离子液体1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([BMIm][PF6])作为环境选择性压力可以促进抗生素抗性基因的水平转移。本研究以E.coli DH5α(RP4)和同属的E.coli HB101,以及E.coli DH5α(RP4)和跨属的Salmonella enterica之间的纯菌接合转移体系为考察对象,从mRNA基因表达调控水平角度阐明离子液体[BMIm][PF6](0.001~2.5 g·L-1)影响质粒RP4接合转移的机理。结果表明,离子液体[BMIm][PF6]通过抑制基因kor A,kor B和trb A的mRNA表达水平来提高接合和跨膜转运基因trb Bp和trf Ap的表达;增强水平转移基因tra F的mRNA表达水平,并通过增强负调控基因kil A和kil B的mRNA表达水平抑制质粒的垂直传递过程;通过抑制基因trb K的mRNA表达水平降低接合转移体系的排斥效果,从而促进质粒RP4的接合转移。该结果有助于为抗生素抗性基因在环境中水平转移扩散的机理研究提供理论依据。     

磺胺氯哒嗪对大肠杆菌的生长、突变及接合转移效应的影响

抗生素的大量使用导致细菌的耐药性,直接威胁了人类的生命健康,加剧了抗生素的环境生态风险.为了研究抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes,ARGs)的扩散与抗生素浓度之间的关系,本文以磺胺氯哒嗪(sulfachloropyridazine,SCP)为研究对象,测定了SCP对只有磺胺敏感大肠杆菌的单一菌液的生长和突变效应的影响,SCP对含有耐磺胺大肠杆菌和磺胺敏感大肠杆菌的混合菌液的生长、突变及RP4质粒和R388质粒的接合转移效应的影响.研究结果显示,单一菌液的突变促进效应浓度区间(RCS)和突变促进无效应浓度RC0-1皆小于混合菌液;4.0×10~(-5)—8.7×10~(-5)mol·L~(-1)浓度范围内SCP作用下,单一菌液的突变效应受抑制而混合菌液的突变效应相较于空白组显著促进(P0.05);1.9×10~(-5)—6.3×10~(-5)mol·L~(-1)浓度范围的SCP能够促进混合菌液的突变,对ARGs的筛选风险较大,且SCP在6.3×10~(-5)—1.5×10~(-4)mol·L~(-1)范围对RP4和R388质粒的接合转移效应有明显的抑制作用,说明在本实验浓度范围内SCP对接合子的促进风险较小.综上,单一菌液的效应不足以说明环境中磺胺类抗生素的突变风险,研究磺胺类抗生素对耐药基因传播的影响时应混合耐磺胺大肠杆菌和磺胺敏感大肠杆菌作为受试菌,实验证明环境中低浓度的SCP对抗性基因的产生的促进风险较大.     

抗生素单一及联合暴露对RP4质粒介导的抗性基因水平转移的hormesis效应研究

抗生素滥用导致的抗性基因(ARGs)泛滥问题引起人们的日益关注。目前关于抗性基因的研究主要集中在环境监测方面,但是关于抗生素对ARGs传播的影响研究还相对缺乏。质粒是ARGs传播的重要载体,因此以基于RP4质粒的大肠杆菌(E.coli)接合转移体系为研究对象,探讨了盐酸四环素、甲氧苄啶、磺胺氯哒嗪、磺胺异唑在单一暴露条件下对RP4质粒接合转移的影响。根据单一暴露的结果设计混合抗生素的浓度比,探究抗生素联合暴露实验对质粒接合转移的影响。结果表明:在单一暴露条件下,只有盐酸四环素对含有四环素抗性的RP4质粒的接合转移频率有低促高抑的hormesis效应;在联合暴露条件下,对RP4质粒接合转移无促进作用的抗生素会抑制四环素的hormesis效应,这一定程度上降低了抗生素的环境风险。并且用受体理论解释了抗生素对质粒接合转移的hormesis效应产生机制,为目前尚无定论的hormesis受体理论机制提供了证据支持。     

MBR工艺处理螺旋霉素制药废水过程中抗生素耐药菌与抗性基因的研究

抗生素废水含有大量的抗生素耐药菌(antibiotic resistant bacteria,ARB)与抗性基因(antibiotic resistance genes,ARGs),处理排放后可能增强受纳环境的微生物抗性,因此有必要深入研究抗生素废水处理过程中ARB与ARGs的削减效果及其影响因素。本研究采用膜生物反应器(membrane bioreactor,MBR)工艺处理螺旋霉素制药废水,考察了不同水力停留时间(hydraulic retention time,HRT)对ARB与ARGs削减效果的影响。结果表明,虽然在HRT=30 h时MBR对COD与氨氮的去除率略高于HRT=40 h,但HRT=40 h时,不仅总异养菌与肠球菌的去除效果更佳,出水肠球菌耐药率及携带的抗性基因检出率也更低,而且MBR对废水中erm B、erm F、erm X、mef A、ere A、mph B和转移元件ISCR 1、Tn 916/1545相对丰度的削减效果更好。这表明长HRT更有利于MBR工艺削减螺旋霉素废水的耐药菌与抗性基因。     

营养物质对细菌质粒pEA9∷Km在土壤中接合转移频率的影响

用成团肠杆菌(Enterobacter agglomerans) T7(pEA9∷Km)为供体菌,以E.a.339(pEA9-)为受体菌在天然土壤中进行接合实验,测定各种营养物质对重组质粒pEA9∷Km同源接合转移频率的影响.实验发现,如果在土壤中只加入生理盐水或无机盐培养基,就观察不到细菌数量的增加和质粒的转移;只有加入碳源物质后才检测到细菌数量的增加和质粒的接合转移,接合转移频率的大小位于1.2×10-4～4.4×10-4之间,与所加碳源物质的种类关系不大.图2 表1 参13     

生物膜中水平基因转移及其促成的生物强化作用

阐述了生物膜系统中与降解基因有关的水平基因转移的研究进展,表明生物膜中致密的群落结构增加了细菌间水平基因转移的效率.近年发展起来的研究策略和新的分子生物学方法使人们能对自然和人工模拟状态下的水平基因转移进行更精细的分析,降解基因在环境中的水平传播促进了难降解有机物的生物降解,尤其是携带降解基因的接合质粒向原位细菌种群中的转移在生物强化中具有巨大的潜力.参23     

机舱空气环境耐药基因及耐药细菌的污染特征研究

研究表明飞机旅行是传染病在世界范围内传播的主要途径之一。由于飞机机舱内的密闭性,具有乘客密度大、污染物负荷大、新风量小等特点,使机舱成为极易传播疾病的场所。为了探究机舱环境中耐药细菌和耐药基因的分布情况,选择一架国际航线空客A320机舱内高效空气过滤器滤膜颗粒物作为研究对象。结果显示,在该空客机舱滤膜上31种耐药基因的检出频率为83.9%。Ⅰ类整合子基因的相对含量高于所有耐药基因,为3.94×10-1(基因拷贝数/16S rRNA拷贝数)。β内酰胺类耐药基因的相对含量在1.51×10-5～1.26×10-2之间。3种磺胺类耐药基因的相对含量都相对较高,sul2的含量最高,为4.81×10-2。Ⅰ类整合子介导的耐药基因水平转移可能是机舱内耐药基因传播扩散的主要机制之一。此外,对分离出的64株细菌进行耐药表型检测发现,具有磺胺甲恶唑耐受性的细菌为50株(78.1%),具有庆大霉素耐受性的细菌为41株(64.1%),具有亚胺培南耐受性的细菌为24株(37.5%)。其中61株菌至少含有两重耐药性,只有4株芽孢杆菌对四环素具有耐药性。样本中分离出很多条件致病菌,比如阴沟肠杆菌和蜡样芽胞杆菌等,这对乘客和机组人员的安全造成直接危胁。上述研究结果表明机舱环境成为耐药基因跨境传播的重要途经。