污水厂中多重耐药菌的筛选及耐药基因转移机制的研究

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抗生素是一种具有杀菌、抑菌和促生长功效的物质,生产方便、效能显著,广泛应用于医疗和畜牧领域。我国抗生素的使用量常位居世界前列,但抗生素的实际利用率有限,部分抗生素随着人类和动物的生命活动进入到环境中造成选择性压力,使得环境中的微生物出现耐药性,导致耐药基因的富集。耐药基因可复制、可转移,威胁到人类健康和环境安全。为了解析我国北方污水厂中多重耐药菌中耐药基因的接合转移机制,从哈尔滨市某污水厂中筛选出能发生接合作用的多重耐药菌,通过药敏试验和全基因组测序,全面解析菌株生物学特征,进一步从基因组层面探究耐药基因转移机制。为今后微生物耐药问题的治理提供理论基础和数据支持。主要研究结果如下:(1)从污水厂中共筛选出29株耐药菌,其中有25株为多重耐药菌,有8株菌能够耐受本实验所选的全部抗生素,绝大部分菌株对磺胺类和大环内酯类抗生素有较高耐药性。将可发生接合转移的多重耐药菌命名为C1、Z1,接合子命名为CZ,经形态学观察、生理生化实验和分子生物学鉴定,C1是大肠杆菌,Z1和CZ均为奇异变形杆菌。Z1和CZ菌株16S rRNA序列相似度达到99.65%。(2)测定3株菌的生长曲线,结果表明3株菌的生长规律较相似,但生长速率略有不同。3株菌对不同抗生素的最小抑菌浓度测定结果表明,C1菌株对4种抗生素的MIC分别为TET>NOR>CIP=ERM,Z1菌株对6种抗生素的MIC分别为SMX=SMZ>ERM>TET=DOX>AZI,CZ菌株对8种抗生素的MIC分别为SMX=SMZ>TET=ERM>DOX=AZI>NOR>CIP。菌株对磺胺类抗生素的MIC最高。(3)在亚抑菌浓度抗生素作用下测定菌株生长曲线,结果表明红霉素对C1菌株生长的影响较小;四环素、环丙沙星和诺氟沙星导致C1菌株生长出现延缓现象,生物量有所下降。Z1菌株在磺胺类抗生素作用下的生长趋势与对照组基本一致,但最终的菌体数量低于对照组;在36 h时,出现部分浓度四环素类和大环内酯类抗生素的作用下菌株生物量高于对照组的情况。CZ菌株在磺胺类和喹诺酮类抗生素作用下的生长情况与对照组基本一致;四环素类抗生素作用下菌株生长出现明显的延滞期,强力霉素的作用比四环素大;红霉素和阿奇霉素均属于大环内酯类抗生素,但它们对CZ菌株生长影响存在不同。(4)对3株菌进行全基因组测序,结果表明C1菌株有1条大小为4782114 bp的环状染色体和2个大小分别为60306 bp和92065 bp的环状质粒。Z1和CZ菌株各有1条环状染色体,大小分别为4039185 bp、4063678 bp,且均未检测到质粒的存在。C1菌株经GO数据库共注释到3161个基因,Z1菌株注释到2547个基因,CZ菌株注释到2571个基因。3株菌经KEGG注释后将基因共分为6大功能分类,其中注释到代谢通路的相关基因均最多。(5)基于CARD数据库对3株菌的ARGs进行注释,C1菌株共检测到129个耐药基因,Z1菌株和CZ菌株均检测到115个耐药基因。进行基因岛的预测,C1菌株有18个基因岛,Z1菌株共有8个基因岛,CZ菌株中有9个基因岛。C1菌株可预测到13个原噬菌体,Z1和CZ菌株分别预测到5个和6个原噬菌体,部分原噬菌体上携带有ARGs,具有发生耐药性转移的可能。
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