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。     

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.     

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.     

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。     

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。     

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.     

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.     

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。     

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。     

微塑料生物膜11种AHLs类群体感应信号分子测定及其分泌特征

为研究微塑料生物膜的群体感应效应,利用液液萃取和超高效液相色谱-串联质谱技术,建立了微塑料上枯草芽孢杆菌生物膜分泌的11种酰基高丝氨酸内酯(AHLs)类群体感应信号分子前处理和仪器分析方法.优化后的前处理方法采用酸化的乙酸乙酯(0.01％冰乙酸,V/V)对微塑料生物膜样品中AHLs类信号分子进行萃取,萃取方式采用冰浴超...     

磺胺和四环素类抗生素对大肠杆菌联合突变效应的研究

抗生素的滥用造成的环境安全问题已不可忽视,关于抗生素联合毒性效应研究较多,但联合突变效应研究较少。因此,本文以大肠杆菌为受试生物,研究了2种磺胺类抗生素(磺胺氯哒嗪(SCP)、磺胺二甲嘧啶(SMZ))和3种四环素类抗生素(二甲胺四环素(MH)、盐酸四环素(TH)和盐酸强力霉素(DH))单一及联合暴露时对大肠杆菌的突变效应。结果表明:在单一暴露下,磺胺类抗生素会促进大肠杆菌的突变效应,四环素类抗生素没有明显的促进作用;联合暴露下,磺胺类抗生素对大肠杆菌突变效应为相加,磺胺和四环素类抗生素对大肠杆菌突变效应为拮抗。本研究初步探索了抗生素对大肠杆菌的联合致突变风险,为今后环境中抗生素混合暴露的生态风险评价和抗生素污染控制标准制定提供一种理论支撑。     

The influence of bacterial quorum-sensing inhibitors against the formation of the diatom-biofilm

Quorum-sensing inhibitor (QSI) is one of the most promising and environmentally friendly agents for marine antifouling. In this study, the activities of three kinds of QSIs 3,4-dibromo-2(5)H-furanone, 4-nitropyridine-N-oxide and indole were evaluated on the growth of two marine diatoms Cylinthrotheca sp. and Nitzschia closterium. At the same time, the effects of QSIs on the formation of the diatom-biofilm were also discussed. All the results showed that QSIs significantly inhibited the growth, and the effects depended on the dose and diatom species. The extracellular polymeric substance contents in the diatom-biofilm were significantly reduced by QSIs. However, the contents of polysaccharide in culture mediums were increased, which might result in the destruction of diatom cells. Combined with the results of crystal violet staining-biofilm and images of scanning electron microscopy, it was further demonstrated that QSIs inhibited the biofilm formation of Cylindrotheca sp., and the inhibitory effect of 4-nitropyridine-N-oxide was superior to that of 3,4-dibromo-2(5)H-furanone and indole.     

Removal of sulfamethoxazole and trimethoprim from reclaimed water and the biodegradation mechanism

Sulfamethoxazole (SMX) and trimethoprim (TMP) are two critical sulfonamide antibiotics with enhanced persistency that are commonly found in wastewater treatment plants. Recently, more scholars have showed interests in how SMX and TMP antibiotics are biodegraded, which is seldom reported previously. Novel artificial composite soil treatment systems were designed to allow biodegradation to effectively remove adsorbed SMX and TMP from the surface of clay ceramsites. A synergy between sorption and biodegradation improves the removal of SMX and TMP. One highly efficient SMX and TMP degrading bacteria strain, Bacillus subtilis, was isolated from column reactors. In the removal process, this bacteria degrade SMX and TMP to NH ₄ ⁺ , and then further convert NH ₄ ⁺ to NO ₃ ^– in a continuous process. Microbial adaptation time was longer for SMX degradation than for TMP, and SMX was also able to be degraded in aerobic conditions. Importantly, the artificial composite soil treatment system is suitable for application in practical engineering.

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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。