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。     

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.     

磺胺类抗生素对不同革兰氏阴性菌的毒物兴奋效应研究

抗生素滥用所导致的环境问题日益受到人们的关注,抗生素在环境中常以低剂量的形式暴露,生物体在低浓度的抗生素作用下通常会表现出毒物兴奋效应(hormesis)。因此,研究抗生素的hormesis,对抗生素的生态风险评价极其重要。为了研究抗生素的hormesis,本文选取4种磺胺类抗生素为研究对象,观测了不同浓度培养基下磺胺对大肠杆菌能否产生hormesis。结果表明,磺胺对大肠杆菌在原倍和0.8倍浓度的培养基下不产生hormesis,在0.6和0.4倍浓度的培养基下产生hormesis;并且,结合我们之前对另一种革兰氏阴性菌——费氏弧菌hormesis的研究可知,对于具有不同群体感应系统的2种革兰氏阴性菌,都存在hormesis,磺胺可以通过作用群体感应系统使革兰氏阴性菌产生hormesis,只是hormesis的大小不同。上述研究结果为抗生素的生态风险评价提供了依据,为hormesis的相关研究提供了参考。     

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.     

群体感应信号分子存在下磺胺对大肠杆菌生长、突变及R388质粒接合转移的影响

抗生素的滥用使细菌耐药性问题日益突出,给许多疾病的预防与控制增加了难度。基因突变和质粒接合转移是细菌获得抗生素抗性基因的主要方式,许多研究围绕抗性基因来展开,但是关于群体感应对于抗性基因产生和传播的影响鲜有报道。本文以大肠杆菌(Escherichia coli)为模式生物,群体感应信号分子N-(β-酮己酰)-L-高丝氨酸内酯(3-oxo-C6-HSL,C6)和3种磺胺类抗生素(磺胺嘧啶、磺胺甲恶唑、磺胺氯哒嗪)为研究对象,测定了其对大肠杆菌生长效应、突变效应及接合转移效应的影响。结果表明:C6不影响磺胺对大肠杆菌的生长抑制率,但能够削弱磺胺对大肠杆菌突变的促进作用,并且能增强磺胺对大肠杆菌R388质粒接合转移的抑制作用。本文为从群体感应角度研究大肠杆菌耐药性的产生与传播提供新思路。     

江苏典型中华绒螯蟹养殖区抗生素污染特征与生态风险评估

为评价江苏典型中华绒螯蟹(Eriocheir sinensis)养殖区抗生素污染水平和生态风险,利用超高效液相色谱-串联质谱仪(UPLC-MS/MS)分别检测了江苏高淳和金坛4个中华绒螯蟹养殖塘水体和沉积物中大环内酯类、四环素类、β-内酰胺类、喹诺酮类和磺胺类5类抗生素水平。结果表明:研究区中华绒螯蟹养殖水体中均存在一定程度的抗生素污染。高淳养殖水体中污染物主要为喹诺酮类、四环素类和大环内酯类抗生素,而金坛养殖水体中5类抗生素分布均匀。4个养殖塘中,养殖塘GC2水体中抗生素检出浓度最高,主要包括盐酸金霉素(241.99 ng·L~(-1))、螺旋霉素(198.53 ng·L~(-1))、环丙沙星(168.81 ng·L~(-1))、沙拉沙星(165.40 ng·L~(-1))、诺氟沙星(126.17 ng·L~(-1))、恩诺沙星(117.42 ng·L~(-1))和依诺沙星(103.08 ng·L~(-1));而沉积物中抗生素含量均较低。水体抗生素浓度与对应的水质指标的相关性分析结果显示,水体克林霉素、强力霉素和青霉素G钠盐浓度与COD_(Mn)呈显著相关。采用风险商值法对水体残留抗生素进行风险评估,结果表明江苏高淳和金坛中华绒螯蟹养殖环境中残留抗生素具有一定的生态风险,尤其是养殖塘GC2水体中大环内酯类和喹诺酮类抗生素对相应敏感物种的风险较高,直接影响藻类等浮游植物的生长。建议控制该类抗生素在养殖过程中的使用,以降低生态风险。     

磺胺类化合物对大肠杆菌突变QSAR预测模型初探

抗生素被广泛应用于医疗、农业和畜牧业等领域,但是长期滥用会促进细菌的突变作用。本文以大肠杆菌(E.coli)为受试生物,测定了10种磺胺类抗生素(SAs)单一暴露时对E.coli的突变效应,采用物化参数Ebinding(抗生素与其靶蛋白的相互作用能力)与突变效应参数lgRC0-2(最高可观测突变促进效应浓度)或lgRCmax(突变促进率最大值对应的浓度),建立了突变效应的QSAR模型,并采用雷达图进行验证。结果表明,lgRC0-2与Ebinding模型和lgRCmax与Ebinding、DMG(偶极矩)模型的拟合系数R2分别是0.888、0.873,即lgRC0-2或lgRCmax与Ebinding相关性均较好,可能由于磺胺类化合物(SAs)会作用于叶酸合成通路,影响嘌呤、嘧啶碱基的合成,从而对E.coli的突变具有促进效应,且雷达图验证表明,上述2个模型均具有良好的内部预测能力。本研究有望为抗生素使用带来的生态风险评价以及药物设计提供相关指导。     

抗生素的胁迫与抗生素抗性基因产生与传播关系的研究

抗生素的环境残留和抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes,ARGs)污染日益增加,对全球公共卫生构成重大威胁。目前,关于环境中抗生素与ARGs产生与传播的关系的研究较多,但结果却不尽相同。为了确定抗生素的胁迫与ARGs产生与传播的关系,用磺胺类抗生素(SAs)对大肠杆菌(Escherichia coli,E.coli)毒性作用表征SAs的胁迫作用,用突变和接合转移表征ARGs的产生与传播,测定了SAs对大肠杆菌的毒性、突变频率和结合转移频率的影响,根据剂量-效应曲线,计算了毒性参数(无观察效应浓度(NOEC)、抑制率为50%的化合物浓度(EC_(50))、抑制率为80%的化合物浓度(EC_(80))),突变效应参数(促进率为1%时最低可观测突变促进效应浓度(MC_(0-1))、促进率为50%时突变促进效应浓度(MC_(50))、促进率最大时突变促进效应浓度(MC_(max)))和接合转移效应参数(促进率为1%时最低可观测接合转移促进效应浓度(RC_(0-1))、促进率最大时接合转移促进效应浓度(RC_(max))和促进率为1%时最高可观测接合转移促进效应浓度(RC_(0-2))),利用线性回归分析的方法探究SAs的胁迫与大肠杆菌突变频率和结合转移频率之间的关系,并分析其可能的机制。结果表明,磺胺的高胁迫作用导致核苷酸碱基的大量减少,在DNA复制与转录时,碱基对错配的概率大大增加,从而开始促进突变频率。SAs的低胁迫作用可能引起大肠杆菌的SOS反应,SOS反应可以上调质粒编码的基因以及控制细胞膜的通透性基因,从而提高其接合转移频率。此外,真实环境中存在许多其他的因素也会影响ARGs的产生和传播,据此,本文建议在探索真实环境中ARGs的产生和传播时,应考虑真实环境中其他影响因素和抗生素胁迫的综合作用。上述研究为探索抗生素胁迫对ARGs产生与传播的影响提供了新的思路。     

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.     

抗生素和纳米银对大肠杆菌的联合毒性和抗性突变诱导效应

抗生素和纳米银因在各自领域的大量应用而不可避免地进入环境中，对生态环境尤其是微生物群体构成联合暴露的风险，但是二者对细菌生长和耐药性的联合作用，目前受到的关注较少.本研究测定了两种抗生素（四环素和氯霉素）以及纳米银（10—15 nm）对大肠杆菌的联合毒性及对细菌抗性突变的诱导作用，并对相关机制进行了初步探讨.结果表明，抗生素和纳米银对细菌的联合毒性呈现协同效应，但是二者联合作用下细菌对利福平的抗性突变频率显著降低. DNA测序和分子对接结果表明，编码利福平靶标蛋白的rpoB基因发生点突变，导致突变后的靶蛋白与利福平的结合能降低.同时，qPCR结果表明抗生素和纳米银联合作用时，细菌胞内rpoS、dinB和mutS等基因表达显著上调，可能是抗性突变频率在联合作用下降低的主要原因.本研究揭示了抗生素和纳米银联合作用对细菌抗性突变的影响，有利于全面认识二者联合暴露的环境和健康风险.     

纳米银复合材料与抗生素的联合抗菌性能及相关机制研究

抗生素的滥用导致细菌耐药问题日益严重,人类迫切需要开发出新的抗菌药物以减少细菌耐药问题。基于纳米银制备而成的纳米银复合材料在兼顾纳米银抗菌性能的同时不仅能够克服单一纳米银释放速度快、不稳定等缺点,还能缓解细菌耐药的问题,因此被认为是一类具有广泛应用前景的新型抗菌剂。已有研究表明,单一纳米银与某些抗生素的联合使用可以达到协同抗菌效果,但目前尚缺乏对纳米银复合材料与抗生素的联合抗菌性能及机制的研究。本文首先制备出3种不同结构的纳米银复合材料,包括二氧化硅-聚多巴胺-纳米银复合材料(SiO_2-PD-AgNPs)、纳米银@二氧化硅复合材料(AgNPs@SiO_2)和纳米银@二氧化硅-聚多巴胺-纳米银复合材料(AgNPs@SiO_2-PD-AgNPs)。随后测定了纳米银复合材料对大肠杆菌(Escherichia coli, E. coli)和枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis, B. subtilis)的单一毒性效应。结果显示,AgNPs@SiO_2-PD-AgNPs复合材料对2种菌的单一毒性均大于其余2种纳米银复合材料。因此,笔者以AgNPs@SiO_2-PD-AgNPs作为代表,测定了纳米银复合材料与硫酸卡那霉素(kanamycin sulfate, KS)/盐酸土霉素(oxytetracycline hydrochloride, OH)的二元联合抗菌性能,发现AgNPs@SiO_2-PD-AgNPs与KS联合可以对E. coli产生协同效应。协同效应产生的主要原因可能是:AgNPs@SiO_2-PD-AgNPs释放出的纳米银会和KS发生键合反应生成KS-纳米银复合物,导致纳米银释放出大量的Ag+增加了细胞膜的通透性,从而使得进入细菌内的Ag~+和KS比单独作用时进入胞内的抗菌剂增多,产生更强的抗菌性能,从而表现出协同抗菌效应。本研究基于新型纳米银复合材料与抗生素的联合抗菌性能实验探究了纳米银复合材料与特定抗生素联合用药的最佳组合和相关机制,为今后开发新型抗菌材料提供了新思路并为相关联合用药提供参考。     

磺胺与群体感应抑制剂对费氏弧菌发光和生长联合毒性效应对比研究

抗生素类药物在广泛应用的同时,也带来了细菌耐药性问题。因此,越来越多的抗生素替代品如群体感应抑制剂(QSIs)被研究和应用,在未来二者可能共存于环境之中。为了对它们混合物联合毒性评价进行系统的研究,本文选择费氏弧菌(Vibrio fischeri,V.fischeri)为受试生物,测定了5种磺胺类抗生素(SAs)与6种QSIs对V.fischeri的发光强度(HV)和生长量(OD600)的联合毒性作用,初步探讨了SAs与QSIs对V.fischeri发光联合毒性和生长联合毒性差异的原因。结果表明:SAs与QSIs联合作用于V.fischeri时,对发光的联合毒性表现为拮抗,对生长的联合毒性表现为拮抗或加和,且TUHVTUOD。这可能是由于QSIs对V.fischeri的发光的抑制作用可以削弱SAs对发光的促进作用,而SAs与QSIs对V.fischeri的生长都表现出抑制作用,两者没有互相削弱作用。同时,基于分子对接和回归分析法的研究表明了靶蛋白上结合的化合物有效浓度不同也可能是造成SAs与QSIs联合作用于V.fischeri时TUHVTUOD的主要原因。该研究可以为抗生素与QSIs联合暴露的生态风险评价提供借鉴。     

抗生素与三唑类杀菌剂混合物对羊角月牙藻的长期毒性相互作用研究

地表水中抗生素与农药的混合暴露及其潜在生态与健康风险受到广泛关注。然而,目前关于抗生素与农药混合毒性研究大多仅考虑急性毒性,缺乏其长期毒性相互作用的研究。以较为广泛使用的2种抗生素土霉素(OXY)、环丙沙星(CIP)和1种三唑类杀菌剂农药戊唑醇(TCZ)及其二元混合物为研究对象,以生态系统中初级生产者绿藻(羊角月牙藻)为受试生物,研究目标混合物在暴露时间为96、120、144和168 h的长期毒性相互作用。结果表明,单一物质及其混合物随暴露时间延长而毒性增大;同一暴露时间点的单一污染物毒性大小顺序为OXYTCZCIP;混合物毒性相互作用与浓度、混合物组分和暴露时间三者密切相关;混合体系的拮抗作用均出现在高浓度区域,而中、低浓度区域呈协同作用或加和作用; OXY-CIP与CIPTCZ混合体系的协同作用随着暴露时间延长而协同作用逐渐增大。研究结果对水环境中抗生素与农药复合污染生态风险评估具有重要的现实意义。     

3种抗生素对黑麦草种子萌发的生态毒性效应

为探明四环素、环丙沙星和磺胺嘧啶3种抗生素对黑麦草种子萌发的影响,为评价抗生素污染的生态影响提供科学依据,采用保湿培养法研究了它们对黑麦草种子萌发的影响,比较分析了抗生素的生态毒性差异和相对敏感的指标。结果表明,在种子萌发期,一定浓度范围的抗生素胁迫会引发植物种子抵抗逆境的应激反应,因此,3种抗生素在1 mg·L~(-1)处理水平下均能促进种子发芽。超过该浓度,四环素对黑麦草种子发芽仍有一定的促进作用,而环丙沙星和磺胺嘧啶则表现为抑制作用。四环素对种子发芽率的最大无作用浓度(NOEC)为5 mg·L~(-1),而环丙沙星和磺胺嘧啶对种子发芽率的NOEC为1 mg·L~(-1)。实验结束时,3种抗生素在1 mg·L~(-1)处理水平下的种子发芽率最高。3种抗生素浓度超过0.1 mg·L~(-1)时,种子根长和芽长即受到抑制,因此,它们对种子根长和芽长的NOEC均为0～0.1 mg·L~(-1)。其中,磺胺嘧啶的抑制作用最为显著。根长受到抑制的程度强于芽长。黑麦草种子萌发受3种抗生素影响程度依次为磺胺嘧啶环丙沙星四环素。     

快速评估近岸海洋水体与沉积物中E.coli与S.aureus抗生素抗性水平的新方法

随着抗生素抗性污染日益严重,快速评估环境中典型病原菌与条件性致病菌的抗生素抗性水平,对掌握区域环境抗生素抗性污染状况、揭示抗性污染传播规律至关重要。通过以最低抑菌浓度浸入抗生素改进MI、VJ培养基,并结合滤膜法,建立了针对近岸海洋环境中指示性病原微生物大肠杆菌(Escherichia coli,E.coli)与金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus,S.aureus)的抗生素抗性监测方法。水体和沉积物样品抗生素抗性水平评估实验结果显示,该方法具有较好重现性(水体和沉积物中E.coli和S.aureus抗生素抗性水平的相对标准偏差分别为11%、8%)与准确度(水体和沉积物中E.coli和S.aureus的平均回收率分别为83.5%、68.4%;相对于CLSI药敏试验的偏离度为±0.1)。且与CLSI药敏实验相比,该方法过程简便、耗时短(36 h/84 h),能最大限度节约经济和人员成本提高抗性评价效率。应用该方法评估辽河口与莱州湾环境中2种病原微生物磺胺类抗生素抗性水平,结果显示辽河口水体中E.coli和S.aureus磺胺二甲嘧啶的平均抗性率分别为27.0%、28.4%,沉积物中分别为35.5%、34.6%;莱州湾水体中E.coli和S.aureus磺胺二甲嘧啶的平均抗性率分别为26.0%、14.5%,沉积物中分别为12.0%、32.9%。该方法适用于河口、近岸海洋及入海排污口水体与沉积物样品中E.coli与S.aureus的快速分析及抗生素抗性水平评估。     

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。     

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。     

零价纳米铁对大肠杆菌的毒性效应

以大肠杆菌为研究对象,通过检测尺寸为20 nm的零价纳米铁暴露下大肠杆菌形貌、生长曲线和细胞内酶活性的变化,研究了零价纳米铁对大肠杆菌的毒性效应,并探讨了其可能的毒性机制.用透射电镜(TEM)观察零价纳米铁与大肠杆菌(JM109)接触后细胞的形态变化;用0、112、560和1 120 mg·L-1的零价纳米铁染毒大肠杆...