应用靶向测序和宏基因组测序比较研究牛场环境中耐药基因分布特征

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对于人类、动物、环境以及三者之间的混合生态位之间的微生物群落,大量抗生素使用所造成的选择压力会赋予具有耐药基因(ARGs)的细菌一种生存优势,即细菌的耐药性。动物源性细菌耐药性主要来源于畜牧业生产中大量抗生素的不规范使用,不仅严重危害畜牧业发展,同时也对公共卫生安全构成了严重的威胁。作为一种新型的污染物,耐药菌株所携带的ARGs不会因为细菌的消亡而消失,一旦进入环境就会长久存在,并通过噬菌体和质粒的介导在菌群中扩散,污染土壤、水体,最终沿食物链传导危害人类健康。环境中ARGs的检测和研究方法以普通PCR、荧光PCR最为常见,随着高通量测序技术的发展,宏基因组测序应用日益广泛,尤其是针对养殖场等复杂环境样品中ARGs的检测已经成为主要技术手段,但这种方法难以检测到含量较低的特定基因。作为检测特定基因集或基因组区域内已知和新型变异基因的快速、经济方法,靶向测序已广泛应用于遗传病诊断、肿瘤伴随诊断,但在ARGs检测方面应用较少。为了了解和掌握吉林省部分奶牛、肉牛和种牛养殖场环境中ARGs分布特征,本研究应用赛默飞世尔公司提供的Ampli Seq Designer设计软件,从CARD数据库中选取具有代表性的31种不同抗生素类别的364个ARGs设计并合成了716对扩增子引物,并应用Ion Torrent测序平台对不同奶牛、肉牛和种牛养殖场的环境样品进行靶向测序,同时结合宏基因组测序比较两种测序方法的差异。两种测序方法的结果显示,在各养殖场环境样品中奶牛场存在的ARGs种类最多,含量最丰富,其次为肉牛场,种牛场中检测到的ARGs含量最低,但同一样本不同测序方法所获得的ARGs种类存在差异。靶向测序结果中,各样本均检出的ARGs有69种,且测序深度大于10倍以上的共有ARGs有34种;宏基因组测序结果中,各样本均检出的ARGs有50种,测序深度大于10倍以上的共有ARGs仅tet W、rrs D、EF-Tu、rrs B。两种测序结果的比对显示,同一样本同一ARGs的含量存在明显差异。为了验证哪种测序方法更能反应耐药基因的含量,根据测序结果并结合本实验室保存的含Erm B、tet O、lnu C、APH(6)-Id、dfr A17等耐药基因的菌株建立了荧光定量PCR方法,经灵敏性、特异性和重复性验证后对测序样品进行定量分析。经荧光PCR定量检测,Erm B、tet O、lnu C、APH(6)-Id、dfr A17耐药基因的含量比例与靶向测序结果更为接近。本研究的开展不仅为靶向测序方法在复杂环境中耐药基因检测提供了有益的尝试,还为了解和掌握吉林省部分奶牛、肉牛和种牛养殖场耐药基因分布特征提供了佐证。
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