中国典型红树林沉积物中抗生素、抗性基因及耐药菌的分布特征

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抗生素的发现和使用挽救了众多的生命,是人类在医学发展中的重大里程碑。然而,随着抗生素的使用,也出现了严重的病原菌耐药性问题。随着病原菌的耐药性越来越强,在治疗病原菌感染时所需要的抗生素剂量也越来越大,甚至原本低剂量就效果明显的抗生素也会失效,导致越来越多的人死于病原菌感染。病原菌耐药性的增强就需要更大量的抗生素,又会增强细菌耐药性,不利于人和动物的健康发展。
  水生生态系统被认为是抗生素抗性基因(antibioticresistancegenes,ARGs)的储存库,目前对一些内陆河流,尤其是受人为活动影响比较大的城市水域以及一些水产养殖区域的抗生素及ARGs的调查研究比较多。而红树林作为一个复杂的水生生态系统,对其中抗生素污染及ARGs的调查研究还比较少。本研究采集了分别位于防城港、北海、海南、湛江、深圳、香港和云霄的7个典型红树林自然保护区的沉积物样品,对其中的抗生素和ARGs进行检测以及耐药菌筛选。共检测了5大类14种抗生素和12类不同功能的ARGs,以及分离到了384株耐药菌,对这些抗生素、ARGs和耐药菌的分布特征以及它们之间的相关性进行了分析。
  在7个红树林的沉积物样品中,检测的抗生素浓度范围为0~115ng/g。在表层沉积物中,检测的14种抗生素总浓度最大的是防城港红树林(501ng/g),这也间接说明了防城港地区的抗生素污染最为严重。在检测到的5大类抗生素中,氟喹诺酮类是7个红树林沉积物样品中主要的一类抗生素,其中在防城港、湛江、深圳、香港、云霄都是浓度最大的一类。分析是由于氟喹诺酮类在水产养殖中使用较多,并且比较稳定、生物利用率低和溶解性比较低的原因。
  在检测的12类ARGs中,最主要的是多重抗性基因(multidrugresistancegenes,MRGs),它们的丰度占了总ARGs丰度的90%以上,体现了MRGs在细菌耐药性中的重要作用。分离到的耐药菌主要是变形菌门、放线菌门,还有少部分是厚壁菌门。ARGs在细菌群落中的分布也是在变形菌门和放线菌门最大,因此ARGs在细菌耐药性中起着主要的作用。
  通过分析各种抗生素和ARGs的相关性,发现只有表层沉积物中环丙沙星的浓度与ARGs的丰度是显著正相关的,而其它抗生素和ARGs之间以及底层沉积物中所有的抗生素和ARGs之间是不相关的。这是由于环丙沙星在各红树林表层沉积物中的浓度都是比较大的,加上其比较强的杀菌能力,所以对ARGs的影响力较大。其它抗生素与ARGs不相关除了因为浓度较小,也是由于ARGs受到多种因素的影响,比如重金属。重金属抗性基因(heavymetalresistancegenes,HMRGs)和ARGs的显著相关性从侧面说明了红树林中重金属对HMRGs和ARGs的共选择作用。检测出来的ARGs很大一部分都是在变形菌门中,变形菌门很多是致病菌,因此红树林中的细菌对人和动物的健康存在较大的潜在风险。
  由于溶藻弧菌的致病性,以及耐药性溶藻弧菌有更大的危害,有必要对溶藻弧菌的耐药性进行研究。已经发现溶藻弧菌在多种抗生素的胁迫下一些外膜蛋白的表达差异,其中包括麦芽糖孔蛋白(LamB)。本论文另一部分工作是诱导了溶藻弧菌Val1A08081分别对6种抗生素耐受的菌株,通过RT-qPCR发现了在不同抗生素胁迫下,两种LamB基因转录水平发生不同的变化。进一步需要通过溶藻弧菌LamB基因缺失株的构建来证明LamB蛋白对溶藻弧菌是否发挥作用,目前基因敲除工作已完成第一次同源重组。
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