约氏不动杆菌(Acinetobacter johnsonii)耐药性策略及环境适应性机制研究

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研究表明约氏不动杆菌(Acinetobacter johnsonii)广泛分布于自然环境甚至高抗生素选择压力的临床环境中,能引起人类相关疾病。实验室先前研究表明,约氏不动杆菌在灞河中的分布受抗生素等污染物的影响。此外,大多数细菌在自然环境中都存在生物膜的生活方式,除了耐药性决定因子所赋予的细菌抗生素耐药性外,生物膜也能够增加细菌在不利条件下的抗逆性,但约氏不动杆菌是否存在这样的耐药机制目前尚不清楚。本研究以约氏不动杆菌为研究对象,通过全基因组测序,在基因组水平分析耐药性决定因子与菌株表型以及环境的关系,并通过泛基因组学的方法探究约氏不动杆菌基因组的环境适应性特征。同时,在分析约氏不动杆菌生物膜形成能力的基础上,探究生物膜在菌株耐药性中的作用,并进一步通过转录组学的方法阐释不同形态约氏不动杆菌对抗生素的响应机制,主要研究结果如下:(1)抗生素等污染物的残留促进了约氏不动杆菌耐药表型的出现。抗生素残留水平的提高诱导了约氏不动杆菌耐药表型的出现以及高多重耐药指数比例菌株的增加。全基因组测序结果表明,约氏不动杆菌基因组耐药性决定因子与表型并无对应关系,基因组的水平转移组件如基因组岛和前噬菌体包含大量与毒力相关基因,但几乎不包含耐药性决定因子。抗生素残留水平的提高会导致基因组与生存能力相关基因的富集。此外,小质粒的存在可能增强了约氏不动杆菌对环境的适应能力。(2)约氏不动杆菌基因组具有高度可塑性。对来源于医院和水体环境的16株约氏不动杆菌进行泛基因组学分析后发现,约氏不动杆菌对不同的环境具有高度的适应性。但是与基本过程相关的基因大多是保守的,并不会在进化的过程中随着环境的改变而改变。然而,为了适应人类宿主以及抗菌药物所带来的高选择压力,医院来源菌株积累了更多与翻译后修饰,编码β-内酰胺酶和防御机制相关的功能基因。此外,大多数医院来源菌株的基因组还含有多种外源获取的毒力及抗生素耐药性基因。(3)约氏不动杆菌存在生物膜的生活方式。大多数约氏不动杆菌具有较强的生物膜形成能力,但不同表型菌株生物膜形成能力并无显著差异。生物膜的形成可以增强约氏不动杆菌对抗生素例如四环素的耐受性,而四环素也可以通过抑制浮游菌的生长抑制生物膜的形成。持留菌的比例与菌株表型无关,相比于浮游菌,生物膜中具有更高比例的持留菌。(4)约氏不动杆菌形态影响其对抗生素的耐药性策略。转录组结果表明,浮游态约氏不动杆菌形成生物膜后,与氧化磷酸化和三羧酸循环途径相关基因表达水平显著下调,但与硫代谢途径相关基因表达水平显著上调。核糖体亚基相关基因在形成生物膜后表达水平显著下调,细菌处于低代谢状态。由于代谢方式的改变,生物膜内与特定氨基酸以及硫化物转运相关基因表达水平显著上调,与钼酸盐和磷酸盐转运相关基因表达水平显著下调。亚抑制浓度四环素刺激浮游菌和生物膜菌后,浮游菌与酪氨酸合成和代谢途径相关基因表达水平显著上调,Sec B基因表达水平显著上调,但其主要介导的蛋白质外排途径显著下调,Sec B可能介导Sec B-Hic AB网络的过表达来增强约氏不动杆菌在不利条件下的生存能力。此外,特异性介导四环素耐受性的多重耐药外排泵Mdf A表达水平显著上调。而亚抑制浓度四环素处理生物膜菌后,生物膜内只有少量与IV型性菌毛以及编码胞外聚合物(EPS)组成成分的基因表达水平显著上调。综上所述,本研究运用基因组学和转录组学的方法从不同层面阐述了约氏不动杆菌的耐药性策略以及基因组的环境适应性特征,为研究细菌在自然环境中的分布特征以及耐药策略提供了理论依据。
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