整合子携带的高风险抗生素抗性基因的环境传播研究

来源 :华东师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:shibihu
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人类生产生活中抗生素的过量使用和滥用会诱导抗生素抗性基因(ARGs)和抗生素耐药菌的产生与富集,从而形成环境污染以及抗生素的失效。可移动遗传元件可携带ARGs在微生物间水平基因转移,促进其环境传播与增殖。整合子是一种典型可移动遗传元件并可被其他可移动遗传元件(如:质粒、转座子)加载并进行细菌间水平基因转移,其在ARGs的水平基因转移中发挥了重要作用。因此,全面解析整合子携带的抗生素抗性基因类型以及其发展规律对研究ARGs的环境归趋、污染增殖及有效控制至关重要。本论文首先调研了近40年内整合子与抗生素抗性基因相关文献,统计整合子被报道携带的ARGs多样性,并结合其环境分布、细菌宿主与基因盒排布,综述整合子携带ARGs的高风险性;以调研结果显示的整合子中最常见的抗生素抗性基因对应的两种抗生素(卡那霉素和氨苄西林)为实验用抗生素,通过实验探究抗生素选择压力对环境微生物携带I类整合子的影响;最后根据调研结果,补充可移动遗传元件(整合子、质粒和转座子)携带的ARGs,通过检索公共数据库以及检索相似序列,以可移动遗传元件携带的ARGs为基础数据建立可移动抗生素抗性基因数据库,为未来研究提供重要的参考数据库,未来研究者可运用该数据库重点监控高风险可移动ARGs。主要得出以下结论:(1)507种ARG亚型可作为整合子基因盒被整合子所捕获,其中氨基糖苷类抗性基因、β-内酰胺类抗性基因及甲氧苄啶类抗性基因在整合子上捕获率最高。大肠杆菌、铜绿假单胞菌及肺炎克雷伯氏菌是整合子最常见的细菌宿主,细菌携带含ARGs的整合子在各类环境中(污染源环境、自然环境和与人相关环境)频繁检出。(2)5 mg/L卡那霉素可有效富集整合子携带ARGs的微生物,尤其是气单胞菌属。在5 mg/L卡那霉素暴露第16日,携带含ARGs的整合子细菌宿主鉴定结果显示,61.2%的细菌被鉴定为河豚气单胞菌(Aeromonas rivipollensis),其次是中间气单胞菌(Aeromonas media,18.3%)和豚鼠气单胞菌(Aeromonas caviae,10.2%)。在这些可培养菌携带的整合子可变区中检出aac(6’)-I、aac(6’)-Ib-cr、aad A16、aad A2、ant(3’’)-Ih-aac(6’)-IId、bla VIM-1、cat B3、arr2、dfr A12和dfr A17等10种ARG亚型。(3)对体系I类整合子可变区鉴定发现,50 mg/L卡那霉素选择压力下体系I类整合子可变区变化显著。在该抗生素选择压力下暴露第16日,微生物携带抗性基因盒数量占该体系整合子基因盒检出数量的38.4%,较对照组增加2.2倍。同时体系中整合子携带的ARGs多样性最高,共检出54种ARG亚型,对7种抗生素编码耐药性。与对照组相比,增加1种ARG大类和17种ARG亚型。50mg/L卡那霉素可以明显促进环境中微生物整合子富集抗性基因盒。(4)构建的可移动抗生素抗性基因数据库中收录了编码对20种抗生素大类耐药的537种ARG亚型,包含25,267条基因序列。其中β-内酰胺类抗性基因数量最多,共214种,占可移动ARGs数量的39.9%,其次是氨基糖苷类抗性基因(126种,占23.5%)和甲氧苄啶类抗性基因(45种,占8.4%)。
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