环境抗生素抗性基因研究进展

抗生素耐药性及其在全球范围内的传播已成为国际关注的热点。本文结合最新文献,综述了抗生素抗性基因在环境中的来源、传播、分布以及新型抗性基因的发现等方面的研究进展。环境中抗生素抗性基因的来源主要是环境中细菌的内在抗性基因及随人或动物粪便排到体外的抗性细菌。功能宏基因组学技术的应用极大地丰富了人们对抗生素抗性组学的认知,并已从环境中筛选到多种新型抗性基因。近年来,由于抗生素在医疗以及养殖业中的大量使用,增加了抗性基因在环境中的丰度和多样性,加速了抗性基因在环境中的传播,在多种环境介质(如养殖水域、污水处理厂、河流、沉积物和土壤等)均检测到多种高丰度的抗生素抗性基因。我们建议今后在以下方面开展深入研究:(1)抗性基因传播和扩散的机制;(2)新型抗性基因筛选和抗性机制;(3)抗生素和抗性基因环境风险评估体系等。     

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。     

抗生素抗性基因连锁传播的侧翼保守元件分析

抗生素在医疗、畜牧和水产养殖业的大量使用造成了环境中耐药细菌和抗性基因的日益增加,也加速了抗性基因在环境细菌间的传播扩散.本研究以环境样本直接提取的总DNA为模板,运用热不对称交错PCR (thermal asymmetric interlaced PCR, Tail-PCR)技术直接扩增抗生素抗性基因上下游序列.通过优化Tail-PCR反应程序,单循环同时扩增出tetW基因的多条侧翼序列,包括6条上游序列和9条下游序列.基于序列的生物信息学分析发现,上游包括一段反向重复序列和已知的一段tetW调节肽序列以及一个已知的插入序列,下游包括一个保守的未知序列和一个开放式阅读框架(the open reading frame,ORF)编码甲基转移酶.结果不仅发现了可能协助tetW基因传播的功能元件,也提供了一个未知侧翼序列高效和便捷的研究方法,即采用Tail-PCR技术,一组样品即能便捷获得多条侧翼序列.     

成都平原不同种植方式折耳根表面附生细菌群落结构与抗生素抗性基因分析

【目的】分析有机、化肥和野生折耳根表面的附生细菌群落结构和抗生素抗性基因(ARGs),揭示细菌群落结构与ARGs相互关系。【方法】高通量测定16SrRNAV3-V4可变区序列分析样品表面附生细菌群落结构;PCR和qPCR扩增29种ARGs基因分析样品表面ARGs污染情况;冗余分析(RDA)探讨细菌群落结构与ARGs的相互关系。【结果】折耳根表面检测到35个属的细菌,其中有机折耳根表面附生细菌多样性低于化肥和野生折耳根(P0.05);29种被检的ARGs中,有14种在折耳根中被检出,其中有机折耳根含有全部被检出的ARGs,化肥和野生折耳根则含有部分被检出的ARGs。折耳根表面ARGs污染的多样性和丰度显著受到样品表面的菌群结构影响,其中Lactococcus、 Escherichia、Fluviicola、Enterococcus、Sanguibacter和Acidovorax是影响ARGs最主要的菌群。【结论】有机种植极大地改变了折耳根表面附生细菌的群落结构,增加了ARGs的多样性和丰度,对有机折耳根的食品安全带来了潜在威胁。因此,有必要将ARGs污染监测纳入到有机折耳根的食品安全考核范围内。     

环境中抗生素抗性基因的水平传播扩散

抗生素抗性基因作为一类新型环境污染物,其在不同环境介质中的传播扩散可能比抗生素本身的环境危害更大,其中,水平基因转移是抗生素抗性基因传播的重要方式,是造成抗性基因环境污染日益严重的原因之一.本文系统阐述了抗生素抗性基因在环境中发生水平转移的主要分子传播元件及其影响因素,这对于正确揭示抗性基因的分子传播机制具有重要意义.结合多重抗药性的传播扩散机制,探讨了行之有效的遏制抗生素抗性基因传播扩散的方法和途径,并针对目前的污染现状,对今后有关抗生素抗性基因水平转移的研究重点进行了展望.     

活性污泥抗生素抗性基因研究进展

抗生素抗性在全球范围内的传播扩散严重威胁人类健康。活性污泥是污水处理系统重要的处理工艺,同时也是抗生素抗性及其发生水平基因转移的一个重要储库和热区。目前,随着研究手段和技术的不断更新,活性污泥中抗生素抗性的研究不断增加,但是仍有许多科学问题亟待解决。本文主要针对活性污泥抗生素抗性的5个主要方面进行深入讨论:(1)活性污泥中抗性基因的丰度和分布的影响因素;(2)污泥抗性基因的研究方法;(3)活性污泥抗性基因的传播与扩散;(4)污泥中抗性基因环境风险评估;(5)研究展望。本综述在活性污泥抗生素抗性研究基础上,阐述了驱动抗生素抗性扩散的基本微生物生态过程研究进展,旨在为污水处理工艺的发展和优化及抗性基因控制政策的制定提供科学基础。     

宏基因组学在抗生素抗性基因鉴定中的应用

随着宏基因组学技术的不断发展,以及测序成本的下降,基于宏基因组学的抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes, ARGs)鉴定技术逐渐成为主流技术。本综述总结了基于宏基因组学的抗生素抗性基因鉴定的主要技术和方法,详细综述了各种鉴定技术的实现流程,并评述了各种方法的优缺点。本研究认为基于功能宏基因组学方法可以发现现有ARGs数据库没有记录的新的抗生素抗性基因。基于机器学习技术比基于AGRs数据库比对和搜索的软件有更高的敏感性和特异性。基于ARGs数据库搜索的方法优点是操作简单,对于生物信息学技能欠缺的研究者选择在线计算工具也是明智的选择。     

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。     

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。     

抗生素抗性基因在环境中的传播扩散及抗性研究方法

抗生素在医药、畜牧和水产养殖业的大量使用造成了环境中抗性耐药菌和抗性基因日益增加,抗生素抗性基因作为一种新型环境污染物引起人们的广泛关注.本文综述了近年来国内外有关抗生素抗性基因的研究进展,其在水、土壤、空气等环境介质中和动,植物体内的传播扩散,以及开展环境中抗生素抗性基因研究的必要性,重点介绍了有关抗生素抗性（包括抗性细菌和抗性基因）的研究方法,指出抗性基因研究中存在的问题,并对未来的相关研究进行了展望.     

食物链中抗生素耐药性基因的转移

抗生素的使用,一方面起到预防和治疗疾病的作用,另一方面,饲料、食品和环境中抗生素残留增加,使抗生素耐药性菌产生并进化,从而导致将来治疗某些疾病时无有效抗生素可用,比如,结核病已经卷土重来,而且现在就有许多患者就不能用抗生素治愈。随着人们生活水平的提高,安全、健康问题受到人们广泛的关注和重视。本文初步对耐药性基因在食物链中怎样产生和转移进行综述。     

不同环境介质中抗生素耐药性的检测方法研究进展

抗生素在医疗和畜禽养殖业的大量使用增加了环境中抗生素抗性微生物(ARB)和抗性基因(ARGs)的丰度与多样性,加速了抗生素耐药性在环境中的传播,给人类公共健康造成潜在威胁。但目前对于环境中耐药性的污染现状缺少足够的信息,相关研究方法亟待优化和完善。本文通过综述环境中抗生素耐药性的国内外研究现状,探讨了不同环境(水、土壤、空气等)样品的采集方法以及耐药性的检测方法——传统微生物培养法和分子生物学方法(如定性与定量PCR、DNA杂交及微阵列技术、宏基因组学方法等),旨在为多环境介质中抗生素耐药性的研究提供科学依据和技术支持。     

宏基因组学在微生物抗生素抗性基因检测中的应用

抗生素广泛应用于人类和动物疾病的治疗等过程中。不合理利用和滥用抗生素导致耐药细菌、抗性基因的产生和传播。宏基因组学能够分析不同环境中抗生素抗性基因的多样性,并且完善目前已有的或构建新的宏基因组文库,从而为将来进行基因比对提供有力的参考。本文将综述宏基因组学在人类、动物和环境中微生物抗生素抗性基因检测的应用,以期为未来评估抗性基因风险和解决抗生素耐药性问题提供技术支持。     

幽门螺杆菌抗生素耐药机制研究进展

幽门螺杆菌(Helicobacter pylori,H.pylori)感染可引起消化性溃疡、胃粘膜相关淋巴组织淋巴瘤和胃癌。随着抗生素耐药性的问题越来越严重,耐药机制的研究也不断深入。分子检测方法,尤其是核酸检测技术,可高效、快速、准确地检测幽门螺杆菌抗生素耐药基因及突变,对幽门螺杆菌感染的临床治疗发挥重要的指导作用,同时也可对幽门螺杆菌抗生素耐药性进行大规模及时有效监控。本文讨论了关于幽门螺杆菌抗生素耐药机制并着重总结了相关耐药基因及突变。     

Horizontal transfer of antibiotic resistance genes in a membrane bioreactor

Growing attention has been paid to the dissemination of antibiotic resistance genes (ARGs) in wastewater microbial communities. The application of membrane bioreactors (MBRs) in wastewater treatment is becoming increasingly widespread. We hypothesized that the transfer of ARGs among bacteria could occur in MBRs, which combine a high density of bacterial cells, biofilms, and antibiotic resistance bacteria or ARGs. In this study, the transfer discipline and dissemination of the RP4 plasmid in MBRs were investigated by the counting plate method, the MIDI microorganism identification system, and quantitative polymerase chain reaction (qPCR) techniques. The results showed that the average transfer frequency of the RP4 plasmid from the donor strain to cultivable bacteria in activated sludge was 2.76 × 10⁻⁵ per recipient, which was greater than the transfer frequency in wastewater and bacterial sludge reported previously. In addition, many bacterial species in the activated sludge had received RP4 by horizontal transfer, while the genera of Shewanella spp., Photobacterium spp., Pseudomonas spp., Proteus spp., and Vibrio spp. were more likely to acquire this plasmid. Interestingly, the abundance of the RP4 plasmid in total DNA remained at high levels and relatively stable at 10⁴ copies/mg of biosolids, suggesting that ARGs were transferred from donor strains to activated sludge bacteria in our study. Thus, the presence of ARGs in sewage sludge poses a potential health threat.     

抗生素抗性基因检测方法发展历程及应用现状

耐药性的传播已引起全球广泛关注,抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes, ARGs)检测技术的开发是研究ARGs在环境-动植物-人群中迁移传播的关键。本文梳理了现有核酸检测技术的发展历程及首次应用于ARGs检测的时间节点,并从检测原理、应用优缺点、开发潜力等方面对各技术进行分类综述。在此基础上提出以等温扩增结合CRISPR/Cas技术为核心的ARGs原位快速检测技术的开发及应用前景展望。本综述旨在回顾各技术发展历程的基础上,为ARGs新检测技术的开发及应用提供参考,为耐药性传播的研究及控制提供技术支撑。     

抗生素耐药基因在畜禽粪便-土壤系统中的分布、扩散及检测方法

抗生素耐药基因作为一种新型的环境污染物已引起研究者的高度关注。畜禽养殖业长期将抗生素添加到饲料中,在促进动物生长、预防和治疗动物疾病等方面起了重要作用。这些抗生素大多数不能被动物完全吸收,在动物肠道中诱导出耐抗生素细菌和抗生素耐药基因,并随着粪便排出体外。畜禽粪便作为重要的抗生素、耐抗生素细菌和抗生素耐药基因储存库,通过堆粪、施肥等农业活动进入土壤环境中,可刺激土壤中耐抗生素细菌和抗生素耐药基因的富集。耐药基因借助于基因水平转移等方式在土壤介质中进一步传播扩散,甚至进入植物中随食物链传播,对生态环境和人类健康造成极大的威胁。为了正确评估抗生素耐药基因的生态风险,本文结合国内外相关研究,系统阐述了畜禽粪便-土壤系统中抗生素耐药基因的来源、分布及扩散机制,同时探讨了细菌耐药性的主要研究方法,指出堆肥化处理仍是目前去除抗生素耐药基因的主要手段,并对今后的研究方向进行展望。     

Prevalence of tetracycline resistance genes in Greek seawater habitats

The presence of selected tetracycline resistance (Tc^R) genes was studied in different Greek seawater habitats, originated from wastewater treatment facilities, fishfarm, and coastal environments. The methods employed included assessment of the presence of twelve gene clusters by PCR, followed by hybridization with specific probes, in habitat extracted DNA, Tc^R bacteria, and exogenous isolated plasmids conferring Tc^R. The direct DNA-based analysis showed that tet(A) and tet(K) genes were detected in all habitats, whilst tet(C) and tet(E) were present in fishfarm and wastewater effluent samples and tet(M) was detected in fish-farm and coastal samples. Resistance genes tet(h), tet(C), tet(K), and tet(M) were detected in 60 of the 89 isolates screened. These isolates were identified by fatty acid methyl ester analysis (FAME) as Stenotrophomonas, Acinetobacter, Pseudomonas, Bacillus, and Staphylococcus strains. The presence of the Tc^R genes in 15% of the bacterial isolates coincided with the presence of IncP plasmids. A habitat-specific dissemination of IncP alpha plasmids in wastewater effluent isolates and of IncP beta plasmids in fishfarm isolates was observed. Exogenous isolation demonstrated the presence of plasmids harbouring Tc^R genes in all the habitats tested. Plasmids were shown to carry tet(h), tet(C), tet(E), and tet(K) genes. It is concluded that Tc^R genes are widespread in the seawater habitats studied and often occur on broad host range plasmids that seem to be well disseminated in the bacterial communities.     

Cloth-based hybridization array system for the detection of multiple antibiotic resistance genes in Salmonella enterica subsp. enterica serotype Typhimurium DT104

AIMS: A simple DNA macroarray system was developed for detection of antibiotic resistance and other marker genes associated with the multidrug-resistant food pathogen Salmonella enterica subsp. enterica serotype Typhimurium DT104. METHODS AND RESULTS: A multiplex polymerase chain reaction (PCR) incorporating digoxigenin-dUTP was used to simultaneously amplify seven marker sequences, with subsequent rapid detection of the amplicons by hybridization with an array of probes immobilized on polyester cloth and immunoenzymatic assay of the bound label. This system provided sensitive detection of the different genetic markers in the S. Typhimurium DT104 genome, giving positive reactions with as few as 10 CFU, and the hybridizations were highly specific, with no reactions of amplicons with heterologous probes on the array. CONCLUSIONS: This cloth-based hybridization array system (CHAS) provides a simple, cost-effective tool for monitoring S. Typhimurium DT104 in foods and their production environment. SIGNIFICANCE AND IMPACT OF THE STUDY: The CHAS is a simple and cost-effective tool for the simultaneous detection of amplicons generated in a multiplex PCR, and the concept is broadly applicable to the detection and characterization of food pathogens.