环境中抗生素抗性基因与I型整合子的研究进展

抗生素抗性基因(Antibiotic resistance genes,ARGs)作为一种新型污染物在不同环境中广泛分布、来源复杂,对生态环境和人类健康造成了很大的潜在风险。同时,Ⅰ型整合子(Int Ⅰ)介导的ARGs水平转移是环境中微生物产生耐药性的重要途径,Ⅰ型整合子整合酶基因(intI1)与ARGs丰度在环境中表现出了较高的正相关性,Int Ⅰ可以作为标记物在一定程度上反映ARGs在环境中的迁移转化规律和人类活动影响程度。本文介绍ARGs与Int Ⅰ在环境中的来源与分布,总结Int Ⅰ介导的ARGs迁移转化机制以及相关研究方法,并展望未来的研究发展趋势。     

气溶胶中抗生素抗性基因研究进展

抗生素的不合理使用导致细菌耐药问题日趋严峻,给人类健康造成巨大威胁。学者们对抗生素抗性菌和抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes, ARGs)在多种环境介质中的环境行为开展了大量研究。气溶胶作为ARGs的潜在储存库,是抗生素抗性基因在环境中的重要传播途径之一。目前缺乏对其来源、传播、人类接触和健康风险系统性的梳理。本文针对人类生活功能场所、养殖场、城市污水处理厂和医院等4类气溶胶研究的典型场所,重点综述了上述4类典型场所中气溶胶ARGs的来源、传播途径及对人体的暴露和对健康的危害,为气溶胶中ARGs的预防和控制提供参考。     

抗生素抗性基因的生态风险研究进展

自抗生素被发现和使用以来,其在人类和动物疾病预防与治疗、提高动物生产等方面均发挥了重要作用。但抗生素的批量生产及大量应用,特别是在养殖业和临床医疗上的滥用,导致抗生素抗性基因(ARGs)在环境中普遍存在,其借助质粒、转座子、整合子等可移动元件通过接合、转座、转化等方式在环境中广泛传播,导致微生物药性不断增强,对人类健康和生态安全造成严重威胁。当前,ARGs对人类健康的影响已受到高度关注,但有关ARGs在环境中的生态风险研究还相对薄弱。本文综述了ARGs污染的现状及其生态风险,并对该领域中未来研究重点进行了展望,以期为今后抗性基因的研究和生态防控提供参考。     

环境中胞内胞外抗性基因的分离检测、分布与传播

抗生素抗性基因(ARGs)传播对人类健康具有潜在的风险。胞内抗性基因(iARGs)和胞外抗性基因(eARGs)是抗生素抗性基因的两种存在形式,其在不同环境介质中的分布与传播过程具有截然不同的特征。本文首先基于ARGs赋存形态的差异,对染色体抗性基因、质粒抗性基因、噬菌体抗性基因等ARGs的胞内/胞外分类给予明确界定,并根据环境样品来源归纳了现有分离检测技术的应用场景,总结了iARGs和eARGs在养殖场、污水处理厂、河道、海洋、大气等环境中的分布特征,同时比较了其在传播方式和传播能力上的差异,以期为ARGs的分类阻控和健康风险评估提供理论参考。     

九龙江河口及厦门污水处理设施抗生素抗性基因污染分析

【目的】近年来由于抗生素的滥用,导致了多药物抗性超级细菌的产生,有关抗生素抗性基因(Antibiotic resistance genes,ARGs)在环境介质中分布、迁移和扩散已经引起人们的广泛关注。针对九龙江河口及厦门污水处理设施抗生素抗性基因污染情况开展研究。【方法】通过定性PCR研究九龙江河口水体、沉积物和厦门污水处理设施活性污泥中4种磺胺类、13种四环素类ARGs及2种整合子基因的污染情况,并选择四环素类tet(W)基因进行克隆文库测序分析。【结果】除tet(O)和tet(S)外,其他基因均被检出。不同环境介质中的ARGs及整合子基因检出率为活性污泥(0.86)>沉积物(0.57)>水体(0.24)。在淡水和淡盐水中,sul(l)、int(1)、tet(A)、tet(C)、tet(E)、tet(M)和tet(W)的检出率要高于海水,表明九龙江上游可能是ARGs的污染源之一。【结论】主成分分析表明污水处理设施是ARGs的高发载体;沉积物是ARGs的稳定载体;而水体中的ARGs易于分解。此外,tet(W)基因克隆文库分析表明,厦门污水处理设施也可能是九龙江河口及厦门沿岸的ARG污染源。     

基于宏基因组技术解析南极不同纬度地区土壤抗生素抗性基因的分布与迁移

[目的] 南极洲不同地区环境极端多样,且受人类活动影响不一。本研究旨在探究南极不同纬度地区土壤抗生素抗性基因（ARGs）的分布特征与迁移机制。[方法] 下载南极不同纬度地区及加拿大阿尔伯特地区养殖场附近土壤宏基因组数据集,利用MetaWRAP进行组装,使用CARD、PlasFlow和ICEberg数据库对ARGs与可移动遗传元件（MGEs）进行注释。[结果] 在南极不同纬度地区土壤中,优势菌门为变形菌门、放线菌门、拟杆菌门和厚壁菌门。共注释出25类406种ARGs,以多重耐药类、四环素类及氨基糖苷类抗生素抗性基因为主。NMDS分析结果表明,南极不同纬度地区与养殖场附近土壤中ARGs的分布特征显著不同（ANISOM,P=0.001）。南极高纬度地区ARGs占总基因数的比例为0.28%,显著低于低纬度地区（1.93%,P<0.01）。不同抗生素类型的ARGs呈现不同的区域分布模式,其中硝基咪唑类、氨基糖苷类、糖肽类与大环内酯类ARGs主要分布在南极高纬度地区,四环素类与磺胺类ARGs主要分布在南极低纬度地区（P<0.05）。南极土壤中ARGs的迁移研究表明,质粒携带的ARGs占检测到的ARGs的17%。同时,共发现163个整合与接合元件（ICEs）可携带多抗耐药类、肽类和四环素类等14类ARGs。这些携带ARGs的ICEs主要分布于α-、β-与γ-变形菌纲中。[结论] 南极高纬度与南极低纬度地区土壤中ARGs的分布存在差异性,质粒与ICEs共同介导ARGs的迁移。本研究为进一步了解抗生素时代之前的原始抗性组提供数据基础。     

上海某高校新校区中抗生素抗性基因污染状况分析

探究新型环境污染物—抗生素抗性基因（ARGs）在校园环境中的分布状况。通过聚合酶链式反应(PCR)对上海某高校使用5年新校区不同区域污水检查井污泥中8种四环素类、4种磺胺类、7种β-内酰胺类、4种链霉素类和5种氯霉素类ARGs进行定性研究,并利用变性梯度凝胶电泳(DGGE)技术分析污泥中细菌群落的多样性。结果显示,校园各区域中共检出19种ARGs,有8种ARGs的检出率大于50%,其中磺胺类抗性基因sulI、sulII的检出率最高,为100%。实验区及餐饮区的ARGs检出种类最多,均为14种,其次为宿舍区(12种),教学区的ARGs检出最少(8种)。通过DGGE分析细菌群落结构,证明该地区的ARGs分布与细菌多样性无明显关系。新校区使用5年但ARGs污染严重,可能是由于人类活动（尤其是科研活动）对ARGs的产生及扩散存在促进作用。此外,细菌群落多样性与ARGs种类的关系表明ARGs在环境中的迁移可能受到除细菌种类之外其他环境因素的影响。     

畜禽养殖环境中抗生素抗性基因污染的研究进展

畜禽养殖中抗生素不当使用导致的抗生素抗性基因(ARGs)污染问题日益严重,引起了国际社会的广泛关注。养殖环境中的ARGs不但可通过吸附、解吸、迁移等途径发生跨介质扩散,也可通过水平基因转移(HGT)使耐药性跨菌属传播,甚至通过食物链传递给人类,对公众健康造成潜在威胁。然而,目前缺少以大健康视角总结分析畜禽养殖环境ARGs赋存特征、关键环境过程和阻控技术的研究,导致对ARGs传播风险的评估和污染阻控对策的制定难以有效开展。本文在分析不同国家、畜种、环境介质中ARGs污染水平差异的基础上,阐述了ARGs在畜禽养殖环境中的关键环境过程和主要影响因素,重点论述了当前畜禽养殖业ARGs的污染阻控技术,最后结合大健康的方法理念,指出了目前研究存在的不足和亟需加强的方面,尤其强调了明确ARGs时空演变规律和环境过程机制、开发绿色高效的污染阻控技术的重要性与紧迫性,以期为畜禽养殖环境中ARGs健康风险评估和污染阻控技术的开发提供理论依据。     

土壤噬菌体及其介导的抗生素抗性基因水平转移研究进展

土壤中抗生素耐药性的扩散对全球的公共卫生和食品安全造成威胁,严重挑战人类感染类疾病的预防与治疗。噬菌体介导的抗生素抗性基因(ARGs)的水平转移是环境中抗性基因扩散的重要机制。但是,噬菌体对土壤环境中抗性基因传播的贡献尚未见报道。本文综述了土壤环境中噬菌体的分布特征与影响因子,总结了纯化和富集土壤噬菌体的主要研究方法;同时阐述了土壤环境中噬菌体介导抗性基因水平转移的作用机制等相关研究进展,并提出了土壤噬菌体研究领域尚未解决的一些科学问题。本综述将有助于进一步深入理解噬菌体在抗性基因水平传播中的重要生态角色,为制定相关管理政策以减缓抗生素抗性基因污染问题提供基础。     

生物炭对土壤中抗生素抗性基因的阻控潜力及机制研究进展

土壤中抗生素抗性基因(ARGs)污染是全世界面临的重大环境和健康挑战,开发有效技术以减少其负面影响对维护土壤和人类健康至关重要。生物炭具有高碳含量、大表面积、良好的吸附性能和经济优势,可能是一种非常合适的阻控材料。其对ARGs的阻控作用可能归因于以下3种机制: 1) 吸附某些污染物,如抗生素和重金属,减弱ARGs的共选择性压力;2) 通过改变土壤理化特性影响微生物种群结构,从而限制细菌之间ARGs的水平转移;3) 通过吸附或破坏质粒、转座子、整合子等水平转移载体,直接减弱基因水平转移能力。但生物炭对ARGs的阻控效果取决于生物炭的物料来源、热解工艺和添加水平等。此外,生物炭的老化可能会降低其阻控ARGs的效果。生物炭的内源性污染物,如多环芳烃和重金属,也可能导致环境中特定抗生素抗性细菌的富集或诱导水平基因转移。在后续研究中,应根据土壤环境选择合适的生物炭种类,并采取生物炭老化控制措施,以进一步提高生物炭对ARGs的阻控作用。     

MBL与IntⅠ对铜绿假单胞菌耐药作用的研究

整合子和金属β-内酰胺酶(MBL)使铜绿假单胞菌的耐药机制更加复杂,给临床的抗感染治疗带来了较大的困难。Ⅰ类整合子(IntⅠ)的结构与其在铜绿假单胞菌四类金属酶的耐药基因中的传播作用是临床关注的问题之一。     

新型抗生素抗性基因传播元件ISCR及其生态风险

抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes, ARGs)作为一种新型的环境污染物,成为多个学科关注的焦点.其在不同环境介质中的扩散和传播具有极大的环境危害性,对人类健康造成严重威胁.插入序列共同区(insertion sequence common region, ISCR),是一种新发现的抗性基因传播元件,因其特殊的遗传结构,能够通过滚环复制及同源重组等机制移动邻近的任何DNA序列,是ARGs在不同DNA分子或不同种属细菌间水平传播的高效媒介.目前世界上发现了27种ISCR元件.大量间接证据表明,ISCR可能与许多耐药基因的移动和扩散有关,特别是多重耐药性(multiple drug resistance, MDR)形成与传播.因此,ISCR很可能是抗生素抗性基因在环境中扩散传播的关键因子.本文就ARGs水平传播、ISCR结构特征、ISCR种类及其相关ARGs及其研究方法等进行综述,并揭示ISCR元件可能的生态风险,提出了今后的研究重点,以期为今后深入开展相关研究打下基础.     

砷的微生物转化及其在环境与医学应用中的研究进展

砷广泛分布于自然界中,近年来砷污染及砷中毒事件在全球范围内的频繁发生,严重威胁着全球上千万人口的健康.砷的迁移与转化等地球化学行为的研究对探明环境中砷的来源以及砷污染整治的方法至关重要.越来越多的研究表明,自然界中的微生物广泛参与了砷的地球化学循环,在砷的迁移与转化过程中起到关键作用.综述了近年来砷的微生物转化及其相关酶类与编码基因等的研究进展,同时结合作者的工作分析与展望了砷的微生物转化在环境与医学中的应用前景.     

T-DNA转移及整合的分子机制研究进展

农杆菌介导的外源基因转化是目前植物转基因应用比较广泛的方法。近年来关于农杆菌介导的整合机制的研究已经取得了很大的进步。研究表明,在VirD2和VirE2协助下,农杆菌转移T-DNA进入植物细胞,这两种蛋白共同协助T-DNA完成转移、核定位及在植物基因组中的整合。近年来关于拟南芥突变体的研究表明,被转化植物的宿主基因在T-DNA转移及整合过程中发挥主要的作用。通过对现有研究成果详细讨论了Vir’蛋白(VirD2和VirE2)及植物基因在农杆菌介导植物转化中的作用,详细讨论了依靠VirD2蛋白和SDSA(synthesis-dependent strand-annealing)整合的两类不同的整合模式,根据最新的研究成果阐述了以基因组的双链断裂修复为基础的整合模型,并提出新的观点。     

通过同源重组在聚球藻7002中表达小鼠金属硫蛋白-Ⅰ的初步研究

用PCR方法从海洋单细胞蓝藻聚球藻7002(Synechococcus sp. PCC 7002)基因组DNA中扩增得到藻蓝蛋白β亚基基因(cpcβ)的上游序列(Pcpcβ),及编码谷氨酰胺合成酶的glnA基因片段.以Pcpcβ作为启动子、以glnA基因片段作为整合平台,构建含有小鼠金属硫蛋白-Ⅰ(mMT-Ⅰ)cDNA的同源整合表达载体pKGC-MT.通过自然转化法将整合表达载体导入聚球藻7002中,经氨苄青霉素筛选,得到遗传性状稳定的转基因藻.PCR检测证明mMT-Ⅰ基因已整合到蓝藻基因组DNA上;蛋白质印迹表明mMT-Ⅰ已在蓝藻中表达;ELISA结果显示mMT-Ⅰ在蓝藻中的表达量约为800 μg/g.     

高风险四环素抗性基因在人工湿地中分布和去除的季节变化

畜禽养殖废水是抗生素抗性基因(ARGs)的重要贮存库,环境风险不容忽视。本研究考察了夏、冬两季养猪废水中高环境风险四环素抗性基因(TRGs)在水平潜流人工湿地中的分布和去除情况,通过外源添加四环素(TC)和铜离子(Cu²⁺)探究了养猪废水中抗生素与重金属单一和复合污染对湿地出水中TRGs丰度的影响。结果表明: 养猪废水中3种高环境风险TRGs(tetM、tetO、tetW)均有检出,人工湿地可有效消减废水中的TRGs,夏、冬两季时出水中TRGs的绝对丰度较进水分别降低1.1～2.4和1.7～2.9个数量级。TRGs在湿地土壤中的丰度呈现出水端低于进水端、植物非根际低于根际、冬季低于夏季的特征。与对照相比,养猪废水中TC、Cu²⁺单一和复合污染在夏、冬两季均会导致湿地出水中TRGs相对丰度的增加。人工湿地作为一种生态处理工艺可用于控制畜禽养殖废水中的ARGs向环境中扩散。     

多重耐药铜绿假单胞菌中Ⅰ型整合子新结构的发现及其与耐药的相关性

[目的]研究临床多重耐药铜绿假单胞菌中Ⅰ型整合子的结构特征,探讨整合子与细菌多重耐药之间的相关性.[方法]收集临床样品中的铜绿假单胞菌,从中挑选多重耐药菌.采用聚合酶链式反应扩增Ⅰ型整合子可变区,应用酶切方法和DNA测序技术分析整合子基因结构,并采用SPSS19.0软件分析整合子与耐药表型间的相关性.[结果]多重耐药铜绿假单胞菌中Ⅰ型整合子的检出率为27.3％.Ⅰ型整合子基因盒排列形式共有3种(1500 bp、2300 bp和4000 bp),其中2种在其他细菌中也有发现.基因盒所编码的耐药基因有氨基糖苷类抗生素抗性基因(aadA、aadB、aac(6')Ⅱ和aadA13)、β-内酰胺类抗生素抗性基因(blaCARB8和oxa10)和氯霉素外排泵基因(cmlA8),耐药表型相关性分析表明整合子与氨基糖苷类抗生素抗性密切相关.[结论]在多重耐药铜绿假单胞菌临床分离株中发现了3种不同Ⅰ型整合子结构,这3种结构中均含有氨基糖苷类抗生素耐药基因,其中aadB-aac(6')Ⅱ-blaCARB8结构最为流行.     

利用根癌农杆菌和基因枪法转化获得转抗虫融合蛋白基因(Bt-CpTI)甘蓝植株

以下胚轴、带柄子叶和茎尖为外植体,利用根癌农杆菌和基因枪法将抗虫融合蛋白基因(Bt-CpTI)导人甘蓝品种“中甘8号”,得到了13株卡那霉素抗性植株。经PCR扩增反应和Southern blot分子验证表明:农杆菌介导转化下胚轴和带柄子叶来源的Ⅰ型抗性植株均为转基因植株,而农杆菌介导转化茎尖外植体得到的Ⅱ型抗性植株属“假阳性”植株,基因枪介导转化茎尖的2株Ⅲ型植株中,有1株是非转基因植株。经胰蛋白酶抑制剂活性分析和抗虫测试证明,部分转基因植株有较高的胰蛋白酶抑制剂活性和抗菜青虫能力。     

水平基因转移介导抗菌素耐药性传播机制的研究进展

近几十年来,病原菌耐药性的出现和蔓延已上升为严峻的公共卫生问题。越来越多研究表明,抗菌素抗性基因(antibiotic resistance genes,ARGs)不仅仅见于临床所分离的病原体,而是包括所有的致病菌、共生菌以及环境中的细菌,它们都能在可移动遗传元件和噬菌体的作用下,通过水平基因转移(horizontal gene transfer,HGT)途径获得耐药性,进而形成抗菌素耐药基因簇(耐药基因组)。HGT可导致抗菌素的耐药性在环境共生菌和病原菌之间传播扩散,这可通过临床上一些重要的抗菌素耐药基因的传播证实。传统观念认为HGT的三种机制中,接合对ARGs的传播影响最大,最近研究表明转化和转导对ARGs播散起到不可忽视的作用。通过深入了解耐药基因组的传播及其在动员病原菌耐药中发挥的作用,对于控制这些基因的播散是至关重要的。将讨论耐药基因组的概念,提供临床相关的抗菌素抗性基因水平基因转移的例子,对当前已研究的促使抗菌素耐药性传播的各种HGT机制进行回顾。     

BTEX的环境行为与生态毒理

BTEX是苯(benzene)、甲苯(toluene)、乙苯(ethylbenzen)和二甲苯(xylene)的统称,存在于原油和石油产品中,同时作为化工原料应用于农药、塑料及合成纤维等制造业.BTEX广泛存在于大气、水体和土壤等环境介质,对相应的生态系统和人类健康产生严重危害.本文分析了各环境介质中BTEX的来源及分布特征,探讨了其在各种环境系统间的迁移和转化规律,重点从生殖发育毒性方面讨论了BTEX产生的人体健康效应,最后对今后研究重点进行了探讨.