由各种病原微生物引发的感染是人类最为常见和多发的疾病。随着广谱抗菌药物的大量使用,细菌的耐药问题以及因耐药导致的继发感染在临床治疗上极为棘手,也给社会和家庭经济带来巨大压力。目前多药耐药菌(如大肠杆菌)正在全球蔓延,已对公共卫生构成重大威胁,其后果远比预想严重。尽管目前对细菌耐药的研究较为深入和广泛,但其成效仍不容乐观,亟待寻求新的研究途径。我国航天事业的蓬勃发展为空间生物医学研究带来了新的机遇。空间环境中微重力、极度温差和粒子辐射等因素可诱导病原菌致病力和耐药性等表型发生改变,为研究包病原微生物提供了全新的平台。本研究中我们从一位老年肺部感染患者的痰标本中分离了一株大肠杆菌,通过17种临床常见抗生素敏感性试验检测发现该菌对其中15种抗生素耐药,包括第四代头孢、氟喹诺酮类以及碳青霉烯类抗菌素等。通过全基因组测序分析发现该菌携带有51种耐药基因(其中含21种药物外排泵),与氨基糖苷类、β-内酰胺类、氟喹诺酮类、四环素以及磺胺类等常见抗菌药物的耐药相关,这些基因几乎涵盖了大肠杆菌目前已知的耐药机制。通过插入序列分析发现,有47种耐药基因都与插入序列元件相邻,说明这些耐药基因很可能系通过插入序列从其他细菌获得,并有可能再传播至其他细菌。随后,我们将该菌通过神舟十号飞船送入外太空飞行15天,返回后通过菌落计数发现细菌总数明显减少,仅为地面对照的27.7%;通过代谢实验发现其对多种碳源物质的利用存在缺陷;说明太空飞行不利于大肠杆菌的生长繁殖。通过药物敏感试验发现太空飞行后对妥布霉素的耐药性由耐药变为敏感。然后我们采用基因组、转录组和蛋白质的高通量测序分析,发现太空飞行后大肠杆菌基因组出现了38个单核苷酸多态性(SNP),分别位于9个基因间区和20条基因上,这些基因与耐药、环境应答、代谢以及脱氧核糖核酸(DNA)复制和修复等功能相关;与能量代谢相关的一些基因以及腺苷三磷酸结合盒转运蛋白(ABC转运蛋白)在转录和蛋白层面都明显下调;这些改变与表型变化结果大致吻合。本研究说明：1、大肠杆菌耐药形势严峻,很可能进一步恶化,亟待研究解决;2、太空飞行对大肠杆菌耐药等表型影响明显,对该菌的表型变化及潜在分子机理研究能为临床上大肠杆菌所致难治性感染疾病的防控提供新的视角;3、大肠杆菌是人体肠道菌群的一部分,太空飞行对大肠杆菌的生长不利,对这一现象及潜在的机理进行深入探讨,可为航天人员的在轨健康保障提供新的思路。