噬菌体治疗中细菌对噬菌体的抗性

抗生素治疗尽管有几十年有效治疗的历史,但随着越来越多耐/抗药性细菌的出现,细菌对抗生素的抗药性已成为一个大问题。噬菌体治疗是使用噬菌体作为抗菌剂来感染细菌株系,它一直是人们倡导的一个很有前途的常规抗生素治疗的替代方案。然而,由于细菌与噬菌体的协同进化中,细菌可以通过多种机制获得对噬菌体的抗性。因此,人们对噬菌体治疗抱有期望的同时,也关注噬菌体治疗长时间的使用之后,是否会与抗生素使用之后结果相类似,导致抗性细菌病原菌感染的治疗困难。综述了细菌-噬菌体协同进化中细菌病原菌对有感染能力的噬菌体是否会产生抗性,及其在噬菌体治疗中影响的争论,并展望了噬菌体治疗的潜在前景。     

国外动态

利用噬菌体消灭对抗生素有抗药性的细菌ＳｃｉｅｎｃｅＮｅｗｓ 2 0 0 2年 1月 12日 16 0卷 2期 2 3页报道 :在大约 1个世纪以前 ,生物学家发现某些病毒可吞噬细菌 ,并为此将这些病毒称为噬菌体。此后 ,生物医学家试图利用噬菌体消灭传染病的病原体———细菌。几十年之后 ,由于青霉素和其他抗生素的发现 ,使生物医学家们打消了这个念头。但现今由于越来越多的细菌对抗生素产生了抗药性 ,因而生物医学家们又再度萌发了利用噬菌体来消灭病原菌的设想 ,并且通过实验证明 ,噬菌体可防止小鼠因感染对抗生素有抗药性的病原菌后而发生死亡。利用噬…     

细菌抗药性的途径

自青霉素发现和提纯以来,抗菌素在临床医学上功勋卓著,但随着它的使用,病原菌抗药性日益增强。细菌是如何获得抗药性的呢?(一)基因突变导致的抗药性基因突变是野生型细菌获得抗药性的根本原因。无论是染色体,还是核外遗传物质都可能由于突变而产生抗药性。抗性突变的重要特征是:突变的结果与“原     

甲型副伤寒杆菌抗噬菌体及生物膜形成基因的筛选及鉴定

细菌生物膜(bacterial biofilm,BF)与大部分的细菌感染相关,有助于病原菌抵抗外部不利的环境,包括抗生素和抗噬菌体等.为了研究生物膜和抗噬菌体的作用机制,本文以6株抗噬菌体甲型副伤寒杆菌(副甲菌)突变菌作为研究对象,在Rif+(利福平)(200 mg/L)平板中划线并滴加噬菌体验证能否抗噬菌体,将6株突变菌接种于96孔板中,每组3个重复,观察其成膜能力以及生物膜的形态,定点突变和互补实验验证突变菌的噬菌体抗性是否由突变基因所引起.结果显示:划线平板中野生型副甲菌在滴加1.2×106个噬菌体处出现空缺,而6株突变菌在滴加2.4×109个噬菌体后仍能生长,表明6株突变菌具有抗噬菌体特性;6株突变菌中,σ-54依赖的翻译调节器突变菌成膜能力(A595=1.1±0.2)较野生型副甲菌(A595=0.5±0.1)显著性增强,且差异显著(P0.05),光学显微镜下菌体聚集成粗大的不规则团块;同源重组敲除野生型副甲菌σ-54依赖的翻译调节器,突变菌出现噬菌体抗性,将表达σ-54依赖的翻译调节器的载体转化该突变菌,突变菌又恢复了噬菌体敏感性.结果表明,σ-54依赖的翻译调节器是抗噬菌体和生物膜形成相关的基因.     

关于自然选择的实质

达尔文进化学说的中心思想是选择,特别是自然选择。按照达尔文的观点,自然选择是生物进化的主要力量,由此产生出生物的多样性、生物对环境的各种适应和生物的向上发展。而获得性遗传和突然变异(相当于突变)是生物进化的辅助因素。     

不同施肥处理农田土壤中噬菌体与细菌携带抗生素抗性基因的比较北大核心CSCD

为了揭示有机肥和化肥长期施用对农田土壤噬菌体携带的抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes,ARGs)多样性和丰度的影响,并与土壤细菌携带的ARGs进行对比,本文将土壤抗生素抗性分为细菌和噬菌体两个部分,利用微滴数字PCR(droplet digital PCR,ddPCR)技术定量分析了土壤噬菌体和细菌DNA中25种ARGs亚型和I类整合子(intl1)的丰度。结果表明,土壤噬菌体中ARGs的检出率和总丰度以及intl1丰度均低于土壤细菌,其中噬菌体中检测到20种ARGs亚型,在不施肥、单施化肥和单施有机肥土壤的噬菌体中,目标ARGs的检出率分别为68%、72%和76%。土壤噬菌体中ARGs的总丰度在有机肥施用土壤中显著高于不施肥和化肥施用土壤(P<0.05),其中多耐药类、大环内酯-林肯酰胺-链阳性菌素B(MLSB)类和β-内酰胺类抗性基因丰度占显著优势。除了β-内酰胺类抗性基因blaTEM,噬菌体中其他ARGs亚型的丰度均显著低于细菌(P<0.05)。噬菌体与细菌携带ARGs在不同施肥处理中均存在显著正相关(P<0.05)。冗余分析结果显示,施肥可能通过改变土壤pH、重金属和营养因子水平来影响细菌和噬菌体中ARGs的赋存特征。本研究结果表明,噬菌体是除细菌之外的农田土壤另一个重要ARGs储存库,施用有机肥能同时显著提高土壤细菌和噬菌体中ARGs的多样性和丰度。     

细菌群体感应对细菌生物膜形成与调控的研究进展

细菌群体感应(quorum sensing,QS)是细菌细胞之间通过感受自诱导物来调控细菌群体行为的现象。细菌生物膜(bacterial biofilm,BBF)是细菌在生长过程中为适应生存环境而吸附于惰性或活性材料表面形成的一种与浮游细胞相应的生物被膜,其结构包括细菌和自身分泌的细胞外基质(extracelluar polymeric substance,EPS)。生物膜可以保护细菌免于外界恶劣环境的影响,增加其抗药性,为细菌生长提供天然的有利屏障。细菌群体感应是细菌调控生物膜形成的重要机制之一,本文中,笔者综述了细菌群体感应在生物膜生成过程中的调控作用,分析了细菌生物膜抑制与降解策略,旨在为医药与食品工业中降低细菌耐药性和细菌抗性提供理论依据。     

工业微生物的噬菌体感染与防治策略

以细菌为基础的生物技术在蓬勃发展的同时也不断受到噬菌体感染的威胁,噬菌体感染已成为微生物发酵过程中的一个顽疾,其实质是噬菌体与细菌之间复杂的共进化关系。在漫长的进化过程中,噬菌体已经形成了多种针对细菌抗性系统的逃逸机制。合理的工厂设计、菌株的轮换策略和传统的基因工程方法能在一定程度上降低噬菌体感染的风险,但仍然无法避免。基于CRISPR-Cas系统的防治策略仅需噬菌体的序列信息就可以理性设计噬菌体抗性菌株,且可以通过叠加效应不断增强菌种抗性,从而避免噬菌体的逃逸;群体感应信号分子则可以从整体水平上调节细菌的噬菌体抗性。这些新发现为噬菌体感染问题的解决带了新的希望,而噬菌体基因组编辑技术和合成生物学的快速发展则将进一步加深人们对噬菌体感染防治领域的认识。     

害虫抗药性进化的遗传起源与分子机制

根据生物进化理论深入理解害虫抗药性进化的遗传起源,并根据解释基因新功能进化的基因重复理论,推测认为基因重复为抗性基因变异提供了原材料。最后,根据现有抗性报道的例子将抗性突变的分子机制进行归类,并发现在多样化的抗性突变中存在一定的规律性,如靶标位点的点突变导致抗性的机制是靶标抗性机制的主要形式,基因扩增或基因过表达导致的代谢酶活性增加是代谢抗性的重要机制,这种规律性与变异的适合度密切相关。     

一株枯草芽孢杆菌噬菌体的生物学特性分析及抗性菌株的诱变筛选

枯草芽孢杆菌工业生产发酵过程中经常出现噬菌体污染的问题,分离筛选以枯草芽孢杆菌为宿主菌的噬菌体,分析其生物学特性并采用自发突变方法筛选噬菌体抗性菌株。以枯草芽孢杆菌KC-260为宿主菌,从车间异常发酵液中分离纯化得到一株噬菌体,将其命名为P260,富集培养后测定效价,对其热稳定性、最佳感染复数、宿主范围、抑制剂和消毒剂耐受性等生物学特性进行了研究。为防治噬菌体P260的污染,利用自发突变的方法筛选对噬菌体P260有抗性的枯草芽孢杆菌突变菌。结果显示,分离纯化得到一株效价为3.45×1010 PFU/m L的噬菌体P260,该噬菌体具有一定的宿主专一性,对凝结芽孢杆菌和短小芽孢杆菌不敏感。噬菌体P260在高温条件下很容易失活,不耐热,70℃处理15 min存活率下降极为明显;25 mg/L的Cl O2对P260有极强的杀灭作用;0.5%的草酸铵和柠檬酸铵对该噬菌体有一定的抑制作用。P260感染宿主菌的最佳感染复数为0.01,增殖的潜伏期为15 min,45 min进入裂解期。通过自发突变的方法获得了抗噬菌体菌株ZF-260,发酵过程中添加噬菌体后ZF-260的生长不受影响,说明ZF-260是一株可以抗噬菌体P260的优良菌株。研究了噬菌体P260的生物学特性,获得了遗传稳定且活菌数高的抗性菌株ZF-260。     

CPR和P450基因在昆虫抗药性中的作用研究进展

P450酶系在昆虫代谢农药中有重要作用,NADPH-细胞色素P450还原酶（NADPH-cytochrome P450 reductase,CPR）和细胞色素P450（P450）在该酶系起核心作用。昆虫具有P450超基因家族,但只有一个单一的CPR基因,CPR是昆虫所有参与农药代谢的P450酶的唯一电子供体,其影响P450活性。P450基因的高水平表达在害虫抗药性中具有重要作用,P450基因介导的昆虫抗药性是最重要的代谢抗性类型。不同P450基因的高表达的调控机制不同,引起P450基因过量表达的原因可能有P450基因的编码区突变、顺式作用元件和反式作用因子变化、基因扩增等。细胞色素P450介导的抗药性存在一定程度的进化可塑性,即同种昆虫不同种群对相同的农药产生抗药性时,导致抗性产生的P450基因不同;同一昆虫品系在某种农药的抗性选择压力下,影响抗性的P450基因的种类和表达特性会随着持续的农药选择而发生变化。最近的研究显示,CPR的变异和昆虫抗药性相关,但是昆虫CPR基因介导抗药性的机制还缺乏深入研究。全面阐释P450酶系介导昆虫抗药性的机制、建立基于P450基因表达量变化与CPR突变的抗性分子标记,对于害虫抗药性治理具有重要意义。     

谷氨酸发酵中噬菌体的污染与防治

在谷氨酸发酵生产中,倘若污染噬菌体,轻则减产,重则倒罐,造成严重损失。所以防治噬菌体的污染是很重要的,现分述如下。一、噬菌体是什么? 噬菌体是病毒的一种,是一种极微小的生物,体积是细菌的1/1000左右,它可以通过细菌过滤器,只有在电子显微镜下才能看到。其特性如下: 1.从形态学角度分噬菌体为六群:1、2、3     

细菌药物抗性的遗传及其生化表型

在临床上应用磺胺及抗菌素的早期，人们就注意到了有些病原菌对药物呈现了抗性。后来发现除某些细菌对某些药物本来就不敏感外，就是原来对药物敏感的病原菌中也出现了愈来愈多的抗药性菌株，而且，有一些菌株在抗一种抗菌素的同时注往也对其它一些抗菌素呈现抗性。因此，药物抗性成了临床上一个迫切需要解决的问题。为什么原来对药物敏感的菌会出现抗药性？          为什么出现愈来愈多的抗性菌株和一些细菌抗愈来愈多的药物？这些问题涉及到药物抗性的机理。60年代中期开始对药物抗性突变株进行了系统的遗传及生化方面的研究。从遗传机理来说，细菌对药物的抗性或者是由于染色体基因突变的结果，或者是由于存在染色体外的药物抗性遗传因子。大量的资料表明：染色体外遗传因子控制的药物抗性在临床上更为重要。      本文分三个方面来介绍细菌药物杭性的遗传及其生化表型，而着重谈染色体外遗传因子控制的药物抗性。     

裂解或溶源-细菌遭遇噬菌体后的命运抉择

噬菌体是地球上数量最丰富的有机体,其在自然生态系统的塑造和细菌进化驱动中发挥着至关重要的作用。在与宿主的相互斗争中,噬菌体可以选择以下2种方式决定其与宿主的命运:(1)裂解:通过裂解宿主细胞最终大量释放噬菌体颗粒;(2)溶源:将其染色体整合到宿主细胞基因组中,与宿主建立一种潜在的互存关系。对于一些温和的噬菌体,这种倾向进一步受到感染多样性的调节,其中单一感染主要是裂解性的,而多重感染则多是溶源性的。溶源性的噬菌体不仅可以根据外界环境的理化因子,还可以通过细菌自身的群体感应系统来启动裂解-溶源开关,进而决定其宿主菌的命运。与此同时,宿主细菌在与噬菌体长时间的斗争中也进化出了针对噬菌体的手段。总而言之,噬菌体深刻影响着细菌的群落动态、基因组进化和生态系统等,而这一切都取决于噬菌体与宿主间的斗争模式(裂解/溶源性感染)。本文探讨了导致温和噬菌体对宿主菌进行裂解-溶源命运抉择的影响因素并系统性总结了细菌在面对噬菌体侵染时的应对策略的最新研究进展,以期能为噬菌体与宿主的研究提供建议和帮助。     

畜禽养殖废物中抗生素和重金属抗性基因的产生机制和控制方法研究进展

动物饲料中常混有抗生素和重金属,导致外排的动物粪便中携带有抗生素和重金属,引发细菌产生耐药性和重金属抗性,继而产生抗生素抗性基因和重金属抗性基因。抗生素和重金属抗性基因污染已成为威胁人类身体健康及破坏生态环境的重大问题。本文从细菌进化的角度,明确了细菌的抗生素和重金属长期进化试验对抗性机制研究的重要性;抗生素抗性基因与重金属抗性基因间存在复杂的协同选择抗性,两者间相互影响,共同决定着细菌环境行为;抗性基因的水平转移增加了细菌在环境中的可变性,可移动遗传元件在抗性基因水平转移中发挥着重要作用。在抗性基因污染控制方面,高级氧化技术具有很好的抗性基因去除效果,尤其是UV/TiO₂氧化技术,能使抗生素抗性基因丰度减少4.7～5.8 log,减少率大于99.99%。其他的控制策略,如抗生素替代品博落回提取物以及噬菌体与抗生素结合使用,对于抗性基因的控制也具有重要意义。     

一株副溶血弧菌噬菌体生理特性的研究

对副溶血弧菌噬菌体的生理生化特性进行了测定,结果表明:噬菌体的最适pH值为8,最适温度为35℃,60℃以上高温下迅速失活;对紫外线敏感;对乙醚、氯仿有抗性。细菌的培养时期对裂解率的影响很大,对数早期的细菌很容易感染噬菌体,而老化的细菌抗噬菌体感染能力强。在培养基中添加Ca2 或Mg2 有利于噬菌体的吸附。在盐度为20的情况下,对副溶血弧菌的裂解能力最强。该噬菌体的最佳感染复数在0.1~1.0之间。     

基于智能计算噬菌体的细菌宿主范围预测

针对噬菌体的细菌宿主范围预测对于深入理解噬菌体及将其作为抗生素替代用于生物疗法具有重要意义。传统生物实验方法确定噬菌体的细菌宿主范围受到极有限的噬菌体可培养性和严苛的培养条件限制,而高通量测序技术所提供的海量基因组或宏基因组序列提供了噬菌体及细菌重要的序列信息,因此智能计算为预测噬菌体的细菌宿主范围提供了可行方法。本文从智能计算的角度对噬菌体的细菌宿主范围预测研究进行系统梳理,从噬菌体感染细菌的过程入手,描述配对预测模型所依赖的特征及其生物合理性,归纳宿主范围预测的智能模型、建模原理及预测策略,总结建模训练和评估所依赖的参考数据集与真实数据及评价指标。本文特别注意挖掘和分析各信息手段、模型、方法其背后的生物合理性及其依赖的生物机理。本综述期望推动基于智能算法的噬菌体的细菌宿主范围预测研究发展,并探索将生物先验结合人工智能实现噬菌体侵袭细菌宿主的本质机理推断,同时也为基于噬菌体的临床应用提供参考与借鉴。     

重金属胁迫下的细菌适应性进化研究进展

细菌进化的本质是碱基突变、基因重排或水平基因转移,在适应性进化过程中,主要受生物和非生物因素的影响,其中重金属胁迫也是细菌适应性进化的主要因素之一.重金属胁迫促使细菌适应性地强化与金属输入和转化有关的代谢途径,而过量的金属则诱导金属积累和外排过程.在重金属胁迫下,基于重金属抗性(HMR)基因和酶蛋白的适应,细菌抗性机制...     

细菌药物抗性的遗传及其生化表型

在临床上应用磺胺及抗菌素的早期,人们就注意到了有些病原菌对药物呈现了抗性。后来发现除某些细菌对某些药物本来就不敏感外,就是原来对药物敏感的病原菌中也出现了愈来愈多的抗药性菌株,而且,有一些菌株在抗一种抗菌素的同时往往也对其它一些抗菌素呈现抗性。因此,药物抗性成了临床上一个迫切需要解决的问题。 为什么原来对药物敏感的菌会出现抗药性?为什么出现愈来愈多的抗性菌株和一些细菌抗愈     

肠道噬菌体组生物信息学分析方法的研究进展

噬菌体是感染细菌的病毒,广泛存在于各类环境中。由于传统实验研究的局限性及噬菌体基因的特异性,导致对肠道噬菌体的研究很少。随着宏基因组测序技术的发展和各种生物信息分析软件的开发,可以通过噬菌体组学,加深对肠道噬菌体的认识。噬菌体组分析流程主要包括原始数据质量控制和预处理,病毒基因组序列的拼接组装,类病毒颗粒的筛选和系统分类注释以及进化分析和预测相应宿主细菌。本文对噬菌体组分析流程和其中所需要的常用生物信息分析工具和数据库进行详细的介绍,可以为肠道噬菌体研究以及相关的研究人员提供参考。