消毒剂耐受突变体的筛选与鉴定

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广泛应用于医疗、农业、食品等方面的消毒剂对降低术后感染率及控制传染病等至关重要。然而消毒剂的大量使用不可避免地诱导细菌对消毒剂耐药或耐受的迅速发展,耐药或耐受性出现的背后推力在很大程度上归因于消毒剂的滥用。虽然近年来关于消毒剂耐受或耐药的报道比较少,但是随着各种多重耐药菌及交叉耐药菌甚至是超级耐药菌的出现,消毒剂滥用后的危害不容忽视。由于消毒剂耐药菌与耐受菌的界定比较模糊,所以针对性的消毒剂耐受相关机制的研究寥寥无几。因此,找到消毒剂耐受基因,了解细菌对消毒剂耐受的分子机制对指导合理应用消毒剂、预防耐受菌产生以及有效预防、控制感染等具有重要意义。本研究用经典酚类消毒剂(苯酚)对大肠杆菌进行多轮杀菌,富集、筛选出耐苯酚杀伤的突变株Phen-T。我们通过MIC测定确定Phen-T是耐受菌而不是耐药菌,并进行细菌全基因组重测序后发现其发生了两个点突变。单基因缺失株及回补菌株的杀菌实验结果验证了介导Phen-T对苯酚耐受的关键基因。进一步,我们意外发现Phen-T和关键基因缺失株对多种消毒剂均有广泛耐受的表型。除大肠杆菌BW25113外,有几种革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌缺失关键基因后对苯酚也耐受。该关键基因可能介导一条致使细菌对消毒剂广泛耐受的通路,而这条耐受通路与细菌代谢和ROS的变化密切相关。与抗生素相似,苯酚的杀菌机制也是通过ROS介导的。后续实验表明细菌受苯酚刺激后会引起胞内ROS的积累,而关键基因缺失后会影响ROS的积累,降低了 ROS对细菌细胞的杀伤,从而表现出对苯酚杀菌的保护作用。文献报道,细菌能量代谢产生ATP的过程会伴随产生ROS副产物。苯酚处理后,我们分别测定了野生型和关键基因缺失株胞内ATP含量的变化。结果显示苯酚会刺激大肠杆菌增加胞内ATP水平,但关键基因缺失株胞内ATP的增量较野生型菌株少,与苯酚处理后胞内ROS含量变化趋势一致。在苯酚筛选出耐受菌株的前提下,我们研究了次氯酸钠、乙醇、氯己定及苯酚处理对抗生素耐药的影响,结果表明受处理的野生型菌液对环丙沙星的耐药突变频率较未受处理的对照菌液明显增加,而关键基因缺失株消毒剂处理前后突变频率差别较小,说明细菌暴露于消毒剂后会增加其对抗生素耐药的可能性。对苯酚耐受的关键基因缺失后会影响细菌碳通量与能量代谢。我们发现一些与该关键基因相关联的上下游基因失活突变也对苯酚也有不同程度的耐受。此外,我们进一步用苯酚富集筛选到了对苯酚更耐受的突变株B7-3。通过细菌全基因组重测序找到两个可能的超耐受靶位点,且B7-3也表现出对其它消毒剂超耐受的表型,但引起超耐受的关键位点及相关机制还需进一步研究。这些消毒剂耐受信息的发现有利于后续进一步阐明消毒剂杀菌和引起细菌广泛耐受的分子机制。
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