纳米ZnO材料对RP4质粒介导的抗性基因在水平转移过程中的影响研究

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抗生素在临床上的使用已经超过60年了,对于抗生素抗性问题逐渐成为世界范围内的研究热点,这在一定程度上是细菌良好的适应环境能力的结果。质粒在抗生素抗性基因的传播扩散过程中,作为携带抗性基因的工具而起到重要作用。水环境中含有大量的抗性细菌和抗性基因,这一介质是抗性基因进行水平基因转移的重要媒介。  金属氧化物在环境中的吸附性、累积性、持久性、聚集性和迁移性等是影响纳米材料在不同环境中数量的重要影响因素,这些行为也增加了环境和人体暴露的潜在可能性。由于当下人们金属氧化物纳米材料的毒性、迁移转化的认识有限,因此纳米材料也被称为“看不见的污染物”,这是一类最难管理和控制的污染物之一。纳米ZnO材料是一种常见的工程纳米材料,尽管其物理特性独特,在生产使用中非常广泛,但在生产使用过程中对环境生物造成的威胁逐渐引起了人们的重视。  本课题主要研究了纳米ZnO材料对由质粒介导的抗生素抗性基因在细菌间进行水平转移的影响。实验分别模拟了实验室LB环境和自然水体环境,其中在两种实验环境中选择的供体菌均为转化进RP4质粒(携带有抗氨苄青霉素、抗四环素和抗卡那霉素的抗性基因)的大肠杆菌(E.coli DH5α),LB环境中的受体菌筛选自自然水体中一种抗链霉素的沙门氏菌,而在模拟自然水体环境实验中,受体菌选择的是水体中抗链霉素的全部菌群。筛选接合转化子平板选择的是含有四种抗生素(氨苄青霉素、四环素、卡那霉素和硫酸链霉素)的四抗LB平板。通过实验,我们发现,在以上两种培养环境中一定浓度的纳米ZnO材料均能够提高RP4质粒的水平转移率,不同的培养环境对水平转移率的提高水平不同。与空白对照组相比,在LB环境中,500 mg/L的纳米ZnO材料能够将RP4质粒的水平转移率提高76倍,而在水环境中250mg/L的纳米颗粒即可达到相当水平的促进作用。对自然水环境中的水样进行tnpR、aphA抗性基因和RP4质粒的指示基因traF的定量分析,结果显示,添加250 mg/L的纳米ZnO材料时,tnpR和aphA抗性基因与traF含量显著相关(p<0.05),说明tnpR和aphA抗性基因含量的变化与traF基因含量变化一致,即RP4质粒含量的变化是这两种抗性基因含量变化的主要因素。  本课题的研究不仅丰富了纳米材料对细菌毒性的了解,而且进一步加深了纳米颗粒对抗性基因水平迁移的研究,为今后对纳米材料生产使用的风险评估以及抗性基因水平迁移的研究提供了重要参考依据。
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