基于群体感应抑制剂与磺胺对大肠杆菌联合毒性效应的QSAR模型建立

以大肠杆菌为模式生物,分别测定了7种磺胺(SAs,分别为磺胺二甲基嘧啶(SCP)、磺胺吡啶(SPY)、磺胺甲恶唑(SMX)、周效磺胺(SDX)、磺胺喹恶磷(SQ)、磺胺对甲氧嘧啶(SM)、磺胺甲氧哒嗪(SMP)),及3种群体感应抑制剂(QSIs,分别为3-甲基-2-(5H)-呋喃酮(MF)、N-乙烯基吡咯烷酮(VP)、(R)-3-吡咯烷醇(HPL))的单一毒性和联合毒性,并且采用分子对接技术建立了QSIs与SAs对大肠杆菌联合毒性的QSAR模型.结果表明其联合毒性效应表现为拮抗和相加作用;同时,基于SAs和QSIs分别与它们的目标靶蛋白二氢叶酸合成酶(DHP5)与大肠杆菌家族蛋白(Sdi A)之间相互作用的结合能(Ebinding)和混合物的辛醇-水分配系数Kow(mix)构建了SAs和QSIs对大肠杆菌的二元联合毒性的QSAR模型,具有较好的相关性(R2为0.901).该模型经过验证,具有良好的预测能力(预测值与实测值的R2为0.913),研究可为今后抗生素与群体感应抑制剂的环境联合生态风险评价以及毒性预测提供一定的理论依据和技术支持.     

新型抗菌剂——群体感应抑制剂与传统抗菌剂对大肠杆菌的联合毒性效应

群体感应抑制剂(QSIs)作为一种抗生素的可能代替品,具有广阔的应用前景.一些研究指出QSIs与传统抗菌药物联合使用可以在提高药效的同时降低细菌耐药性.随着QSIs使用量地逐渐增大,在环境中可能与传统抗菌剂以混合的形式存在,因此有必要研究QSIs与传统抗菌剂的潜在联合毒性效应.但是,在目前的相关联合毒性效应研究中,被研究的传统抗菌剂种类有限,传统抗菌剂与QSIs的联合毒性效应可能由于传统抗菌剂的不同而发生改变.本文以大肠杆菌为受试生物,以磺胺和银类抗菌剂作为传统抗菌剂的代表,研究了两类传统抗菌剂与QSIs的二元以及三元联合毒性效应.结果表明,在磺胺-QSIs的30组二元联合毒性效应中,有24组表现为拮抗,6组表现为相加;在银类抗菌剂-QSIs的10组二元联合毒性效应中,有6组表现为拮抗,4组表现为相加;在磺胺-银类抗菌剂-QSIs的60组三元联合毒性效应中,有47组表现为拮抗,13组表现为相加.通过对比2种银类抗菌剂与QSIs的二元联合毒性效应,可以看出2种银类抗菌剂提供制毒部分的可能均为银离子;并且由于银类抗菌剂能最快地进入细菌细胞并完成与巯基的结合进而发挥药效,所以在三元混合中,银类抗菌剂可能起主要作用.     

典型抗生素与群体感应抑制剂对费氏弧菌的三元慢性联合毒性

群体感应抑制剂(quorum sensing inhibitor,QSIs)广泛应用之后与环境中现有抗菌药物共存的趋势不可避免。为了评价QSIs和现有抗菌药物共存所引起的生态环境效应,本文以费氏弧菌(Vibrio fischeri)作为模式生物,磺胺类抗生素磺胺氯哒嗪(SCP)、磺胺类增效剂甲氧苄嘧啶(TMP)和群体感应抑制剂4-溴-5-溴亚甲基-2(5氢)-呋喃酮(FC-30)为研究对象,测定了以上3个化合物对Vibrio fischeri的单一/混合慢性毒性效应。单一慢性毒性结果表明,3个化合物的毒性大小如下:FC-30SCPTMP,混合慢性毒性结果表明三元混合体系联合效应为拮抗。进一步分析可知,SCP+FC-30和TMP+FC-30两个混合体系的拮抗作用是三元混合体系为拮抗效应的根本原因。最后指出,因为SCP、TMP和FC-30的三元混合体系是拮抗作用,所以从环境生态风险角度分析,三者联合用药对环境的影响小于单一用药。     

四环素对费氏弧菌产生生毒物兴奋效应(Hormesis)的时间关系和机制

以费氏弧菌(Vibrio fischeri,V.fischeri)作为受试生物,盐酸四环素作为研究对象,测定了盐酸四环素对V.fischeri在0—24 h的发光强度和细菌生长OD600的作用,并初步探讨了四环素对V.fischeri的Hormesis效应的作用机制.研究表明,盐酸四环素对V.fischeri的发光强度表现出了时间依赖型的Hormesis效应,即Hormesis效应出现在细菌生长的延滞期及平台期;根据V.fischeri的发光机制并结合量子化学计算结果,提出了盐酸四环素通过提供质子促进发光反应,从而产生Hormesis效应的可能机制.     

磺胺与群感抑制剂对大肠杆菌的联合毒性机制初探

以大肠杆菌(Escherichia coli,E.coli)为模式生物,磺胺及3种群体感应抑制剂(QSI)为研究对象,测定其单一毒性和联合毒性,采用分子对接技术初步探索了磺胺和QSI对E.coli的单一及联合毒性效应机制.结果显示,其联合毒性效应多表现为拮抗,推断可能是由于磺胺促进E.coli的Sdi A蛋白的表达,后者与QSIs结合,减少其生物有效剂量,导致拮抗效应.该研究为抗生素联用及抗生素的环境联合生态风险评价提供一定的理论依据和技术支持.     

磺胺类抗生素与群体感应抑制剂对发光菌的联合毒性及其机制初探

以Vibrio fischeri为模式生物,3类群体感应抑制剂(呋喃酮、吡咯酮和吡咯)与典型磺胺类抗生素为研究对象,测定了群体感应抑制剂与磺胺类抗生素联合急性毒性效应,通过群体感应抑制剂与信号分子竞争结合LuxR的实验和结合能Ebinding的测定,初步探讨了其联合毒性作用机制.结果显示,呋喃酮类化合物与磺胺类抗生素的二元等毒性比下的联合效应表现为协同与加和,吡咯酮类、吡咯类化合物与磺胺类抗生素的二元等毒性比下的联合效应分别表现为加和与拮抗;它们与LuxR的竞争结合力的差异,可能是它们与磺胺类抗生素等毒性比下的联合效应不同的原因.     

群体感应抑制剂与磺胺甲恶唑、盐酸强力霉素对大肠杆菌的联合毒性及其机制初探

群体感应抑制剂(QSIs)具有不会产生抗药性的特点,从而被作为抗生素的可能替代品,具有广阔的应用前景,因此其存在着与传统抗生素环境联合暴露的可能,但是目前尚缺乏相关联合效应的研究。本文以大肠杆菌(Escherichia coli)为受试生物,测定了7种QSIs(DL-焦谷氨酸、N-乙烯基吡咯烷酮、呋喃酮乙酸酯、2-甲基四氢呋喃-3-酮、3,4-二溴-2(5H)-呋喃酮、(R)-3-吡咯烷醇、D-脯氨醇)分别与磺胺甲恶唑(SMX)和盐酸强力霉素(DH)的二元联合毒性,并初步探讨了它们的联合作用机制。根据结果分析,前5种QSIs作用于AI-2类信号分子介导的群体感应系统,与AI-2类信号分子竞争结合Lsr B蛋白,此通路与SMX、DH的作用通路互不影响,因此联合效应为相加;后2种QSIs作用于AI-1类信号分子介导的群体感应系统,与AI-1类信号分子竞争结合Sdi A蛋白,而SMX、DH的作用可能刺激Sdi A蛋白的表达,从而需要消耗更多的QSIs与Sdi A结合,因而联合效应为拮抗。本实验研究可为传统抗生素与QSIs联合暴露的生态风险评价提供一定理论基础。     

磺胺类抗生素对斜生栅藻的协同和拮抗作用研究

环境中抗生素复合污染产生的毒性效应具有潜在风险。为系统考察磺胺类抗生素(SAs)混合物的联合毒性效应，以环境中常见的磺胺吡啶(SPY)、磺胺甲基嘧啶(SMR)、磺胺二甲嘧啶(SM2)、磺胺甲氧哒嗪(SMP)、磺胺甲恶唑(SMZ)和磺胺喹噁啉(SQ) 6种SAs及其二元混合物体系(共75条混合物射线)为研究对象，利用96孔微板测定6种SAs及其二元混合物对斜生栅藻(So)的生长抑制毒性，通过浓度加和(CA)、独立作用(IA)模型和模型偏移率(MDR)分析混合物的联合毒性及毒性相互作用。结果表明，6种SAs及其混合物射线对So在96 h呈现明显的毒性，但不同SAs的毒性大小不同，以半数效应浓度的负对数(pEC_(50))为毒性大小指标，6种SAs的毒性大小顺序为：SQ(pEC_(50)=5.311)>SPY(pEC_(50)=3.757)≈SMZ(pEC_(50)=3.749)>SMP(pEC_(50)=3.680)>SM2(pEC_(50)=3.090)>SMR(pEC_(50)=2.595);不同组分SAs混合物对So的联合毒性存在差异，大部分混合物毒性存在组分浓度依赖性，而有小部分混合物毒性则不存在组分浓度依赖性；15个SAs混合物体系以拮抗作用和协同作用为主。混合体系组分的浓度比不同会产生不同的相互作用类型。在10%效应下，含有组分SPY的混合体系大多呈现协同作用，且随组分SPY浓度比的增大，协同作用增强。含有组分SMR的混合体系均呈现拮抗作用，且随着组分SMR浓度比的增大，拮抗作用增强。研究成果为抗生素的生态风险评估提供重要的基础数据。     

群体感应抑制剂与磺胺甲恶唑、盐酸强力霉素对大肠杆菌的联合毒性及其机制初探

群体感应抑制剂(QSIs)具有不产生抗药性的特点，从而被作为抗生素的可能替代品，具有广阔的应用前景，因此其存在着与传统抗生素环境联合暴露的可能，但是目前尚缺乏相关联合效应的研究。本文以大肠杆菌(Escherichia coli)为受试生物，测定了7种QSIs(DL-焦谷氨酸、N-乙烯基吡咯烷酮、呋喃酮乙酸酯、2-甲基四氢呋喃-3-酮、3,4-二溴-2(5H)-呋喃酮、(R)-3-吡咯烷醇、D-脯氨醇)分别与磺胺甲恶唑(SMX)和盐酸强力霉素(DH)的二元联合毒性，并初步探讨了它们的联合作用机制。结果表明，前5种QSIs作用于AI-2类信号分子介导的群体感应系统，与AI-2类信号分子竞争结合LsrB蛋白，此通路与SMX、DH的作用通路互不影响，因此联合效应为相加；后2种QSIs作用于AI-1类信号分子介导的群体感应系统，与AI-1类信号分子竞争结合SdiA蛋白，而SMX、DH的作用可能刺激SdiA蛋白的表达，从而需要消耗更多的QSIs与SdiA结合，因而联合效应为拮抗。本实验研究可为传统抗生素与QSIs联合暴露的生态风险评价提供一定理论基础。     

抗生素与LED209对大肠杆菌的联合毒性机制

抗生素是一把双刃剑,在提高医疗水平的同时会促进抗性基因的发展。群体感应抑制剂(quorum sensing inhibitors,QSIs)可有效地避免这一缺陷,有望成为抗生素的替代品而与抗生素有环境共存的可能,但目前尚缺乏它们的联合毒性机制及其相关的环境风险评价研究。本文以大肠杆菌为受试生物,测定了群体感应抑制剂N-苯基-4-(3-苯基硫代脲基)苯磺酰胺(LED209)与5种抗生素的单一和二元联合毒性。结果表明,LED209与5种抗生素的联合毒性作用均表现为拮抗,推测是LED209通过影响鞭毛合成,减弱了抗生素对大肠杆菌的生物有效性;同时通过拆分分子式,发现了拮抗作用可能源于LED209分子式中的含苯基和硫代脲基的L1分子,因此建议未来在LED209药物优化时,应尽可能的保留L1部分的基团,从而保证混合体系的最小环境风险。本研究不仅为联合用药提供依据,而且从环境风险评价角度为抗生素替代品LED209的结构优化提供理论指导。     

基于QSAR模型的磺胺与群体感应抑制剂对枯草芽孢杆菌联合慢性毒性规律初探

群体感应抑制剂是抗生素最有可能的替代品,两者在环境中的共存会对生物造成联合毒性影响。以革兰氏阳性菌枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis,B.subtilis)为模式生物,3种群体感应抑制剂(呋喃酮、吡咯酮和吡咯)和磺胺类药物为研究对象,测定了20 h单一和联合毒性。结果显示,3种群体感应抑制剂和磺胺的联合毒性分别表现为相加和拮抗。同时根据不同的联合毒性效应,以药物和蛋白分子的对接结合能(Ebinding)作为结构参数分别构建了联合毒性的QSAR模型,并分析了不同毒性效应下混合物中各组分的相互作用关系。结果表明,无论是相加还是拮抗,在二元混合体系中磺胺与其靶蛋白DHPS的有效结合浓度总是高于群体感应抑制剂与Lux S的有效结合浓度;但当产生拮抗作用时,磺胺与DHPS的有效结合浓度相对较低,推测可能是群体感应抑制剂的存在使得磺胺由分子态变为离子态,从而使其难以穿过细胞壁与DHPS结合导致的。本研究为建立和分析联合毒性的QSAR模型提供了一定的理论基础。     

磺胺与金属氧化物纳米颗粒对发光菌的急性联合毒性及其机制初探

磺胺与金属氧化物纳米颗粒同作为抗菌剂对环境与人体健康皆有危害。为探究其对细菌的毒性作用,测定了4种磺胺,包括磺胺氯哒嗪(SCP)、磺胺吡啶(SPY)、磺胺甲基异恶唑(SMZ)、磺胺嘧啶(SD),与3种金属氧化物纳米颗粒,纳米ZnO(n-ZnO)、纳米CuO(n-CuO)、纳米Cr_2O_3(n-Cr_2O_3)对发光菌(Vibriofischeri)的单一毒性及二元急性联合毒性。结果表明,SCP对V.fischeri的单一毒性明显大于其他3种磺胺;n-ZnO的单一毒性远大于n-CuO和n-Cr_2O_3;磺胺与金属氧化物纳米颗粒的二元急性联合毒性效应表现为拮抗、相加和协同,协同居多,说明金属氧化物纳米颗粒增加了磺胺的生物毒性,两者在环境中的共存带来了更大的环境生态风险。     

有机磷农药对蛋白核小球藻的毒性相互作用研究

水体中农药复合污染产生的毒性效应具有潜在风险。为系统考察有机磷农药(OPs)混合物对淡水生态系统中绿藻的联合毒性效应,以马拉硫磷(MIT)、敌敌畏(DDVP)、敌百虫(TRC)、乐果(DIT)和氧乐果(OMT)等5种OPs作为混合物组分,运用直接均分射线法设计9组二元混合物体系共45条混合物射线。利用96孔微板测定5种OPs及其二元混合物对蛋白核小球藻(C. pyrenoidosa)的生长抑制毒性,通过基于置信区间的组合指数法分析混合物的联合毒性及毒性相互作用。结果表明,以p EC50为毒性指标,5种OPs对C. pyrenoidosa的毒性大小顺序为:TRCMITDDVPOMTDIT,OPs对C. pyrenoidosa的毒性大小受其中心磷原子的电正性影响;因混合组分的不同,部分OPs混合物对C. pyrenoidosa的联合毒性依赖于组分浓度比; OPs混合物对C. pyrenoidosa的毒性相互作用以加和为主,部分发生拮抗作用,发生拮抗作用的混合体系具有低效应区域呈加和作用,高效应区域呈拮抗作用的规律;与MIT混合的体系均有发生拮抗作用,且依赖于MIT浓度,MIT浓度比例越高,拮抗作用越强,OPs混合物的毒性相互作用与组分浓度比相关; OPs混合物的毒性相互作用组分浓度比依赖性与其联合毒性的组分浓度比依赖性规律不相关。     

地表水中抗生素复合残留对水生生物的毒性及其生态风险评价

针对上海地区地表水中混合并持久残留的抗生素对水生态的危害,测试了3种主要被使用的抗生素(磺胺甲恶唑,SMZ;土霉素,OTC;氟苯尼考,FF)对4个不同营养级的水生生物代表种(蛋白核小球藻、费氏弧菌、大型蚤和斑马鱼胚胎)的单一毒性和联合毒性,并进一步对生态风险进行评估来探究抗生素对水生态系统的综合作用。研究表明:水生生物对单一抗生素暴露的毒性敏感顺序为:蛋白核小球藻斑马鱼胚胎费氏弧菌大型蚤。用联合指数(CI)来评价抗生素二元混合物之间的相互作用时发现对于不同水生模式生物,抗生素之间的相互作用方式以拮抗作用(CI1)为主。通过与浓度加和(CA)和独立作用(IA)2个传统模型的预测效果比较,发现CI模型能准确预测到抗生素联合毒性偏离相加作用。由于养殖废水中这3种抗生素的含量均远高于其他水体(如黄浦江、长江口、工厂废水),其对不同营养级的水生生物均表现出较高的风险性,需要对养殖废水采取相应的风险削减措施;相比之下,其他水体中抗生素对费氏弧菌、斑马鱼胚胎、大型蚤均表现出低风险,但是对蛋白核小球藻仍具有一定的风险性,需要警惕抗生素对水体初级生产者的风险性。     

南方某铀矿山废水对生物的急性毒性研究

为探明铀矿山对周围环境的联合毒性机制,本研究以常用生物毒性测试菌种——发光细菌青海弧菌Q67和费氏弧菌以及禾花鲤为受试生物代表,实地采集的铀矿山废水为目标废水,研究铀矿山废水对发光细菌和禾花鲤的急性毒性。实验结果表明,矿山废水对3种生物的急性毒性存在显著的剂量-效应关系,毒性效应浓度EC_(50)(LC50)的大小顺序为禾花鲤幼鱼费氏弧菌青海弧菌Q67,Pb~(2+)/U~(6+)浓度分别为6.052/3.026 mg·L~(-1)、2.284/1.142 mg·L~(-1)、1.339/0.669 mg·L~(-1),均可有效指示矿山废水的毒性水平,其中发光细菌更为灵敏、快速;且青海弧菌Q67的EC_(50)值最小,灵敏度最高,可作为表征矿山废水毒性风险的首选指示物。研究结果能够为放射性矿区废水生态风险预警、安全处理处置、水质基准制定及流域水环境管理提供依据。     

城市污水厂污泥倾倒对海洋生物的毒性研究

以广州市和佛山市的5个城市污水处理厂的污泥为实验对象,选取费氏弧菌、蒙古裸腹溞、卤虫、裸项栉鰕虎鱼仔鱼4种不同营养级的海洋生物为受试对象,结合化学分析方法,研究广州区域周边污水污泥浸出液的生物毒性效应。结果显示各污水污泥浸出液的毒性均较大,且浸出液的Cu污染浓度较高;广州市污水污泥对4种受试生物的毒性效应要高于佛山市。从污泥毒性对受试生物的选择性方面分析,发现卤虫筛分能力强且灵敏度高,而费氏弧菌则相关性好且方法简捷。研究结果为反映城市污泥的生物毒性强度和选择合适毒性评价受试生物提供基础数据。