抗生素抗性基因在水环境中的分布、传播扩散与去除研究进展

近年来,由于抗生素的滥用而造成的抗性基因污染问题越来越严重,抗性基因在环境中的危害也逐渐受到人们的重视.本文针对抗生素抗性基因这一“新型污染物”,综述了抗性基因在水体环境中的来源与污染情况;分析了抗性基因在环境中的传播途径与生态风险.此外,还重点讨论了污泥消化、人工湿地、消毒以及深度处理等不同水处理工艺对抗生素抗性基因的去除效果,指出不同去除技术的改进方向.并针对目前的污染状况,对今后的研究重点进行了展望.
     

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。     

非生物胁迫下耐辐射异常球菌drB0118基因功能分析

【目的】鉴定和确定被预测为编码干燥相关蛋白的耐辐射异常球菌(Deinococcus radiodurans) drB0118基因功能,探讨该基因对盐、渗透和氧化胁迫抗性的作用。【方法】构建drB0118基因缺失突变株(ΔB0118),通过氯化钠、D-山梨糖醇和过氧化氢等胁迫冲击实验及氧化胁迫条件下qRT-PCR分析,研究drB0118突变对非生物胁迫反应及氧化胁迫相关基因表达的影响。【结果】drB0118突变导致菌株对NaCl和D-sorbitol胁迫的抗性降低;对氧化胁迫(H2O2)敏感;qRT-PCR分析显示,drB0118突变引起氧化胁迫抗性基因pod和oxyR分别下调4倍和10倍。【结论】D. radiodurans中drB0118参与了盐、渗透和氧化等多种非生物胁迫反应。     

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。     

宏基因组分析城市休闲水域九山湖的微生物群落结构和抗性基因（英文）

【背景】城市水环境正面临着严峻的抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes,ARGs)污染。然而关于城市休闲水域中ARGs的研究较少。【目的】对城市休闲水域夏冬季节的微生物群落和抗性基因组成进行研究分析,促进对休闲水域水生生态系统的认识。【方法】基于高通量测序技术,对休闲湖泊九山湖夏季和冬季的微生物及ARGs组成进行分析。【结果】在夏季和冬季样本中分别检测到148门和152门。变形菌门(Proteobacteria)和放线菌门(Actinobacteria)是两个季节样本的主要菌门。夏季优势属为聚球藻属(Synechococcus),冬季优势属为Liminohabitans。此外,共鉴定出449种抗性基因型(304种是两个季节所共有的抗性基因,66种是夏季特有的抗性基因,79种是冬季特有的抗性基因)。夏季样本中ARGs的相对丰度显著高于冬季。MCR-1.2和BcI分别是夏季和冬季水样的主要ARGs。九山湖样本检测到的抗性基因的耐药机制主要是抗生素外排、抗生素失活或抗生素靶位改变。冗余分析(redundancy analysis,RDA)和典型对应分析(canonical correspondence analysis,CCA)结果表明,环境因子与微生物群落和抗性基因的分布显著相关。【结论】九山湖冬季和夏季的微生物群落结构和抗性基因组成存在明显差异,为进一步认识和了解城市休闲水生生态系统的结构提供了有用的信息,并强调了水体的ARGs污染可能造成的健康危害。     

宏基因组分析城市休闲水域九山湖的微生物群落结构和抗性基因

【背景】城市水环境正面临着严峻的抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes,ARGs)污染。然而关于城市休闲水域中ARGs的研究较少。【目的】对城市休闲水域夏冬季节的微生物群落和抗性基因组成进行研究分析,促进对休闲水域水生生态系统的认识。【方法】基于高通量测序技术,对休闲湖泊九山湖夏季和冬季的微生物及ARGs组成进行分析。【结果】在夏季和冬季样本中分别检测到148门和152门。变形菌门(Proteobacteria)和放线菌门(Actinobacteria)是两个季节样本的主要菌门。夏季优势属为聚球藻属(Synechococcus),冬季优势属为Liminohabitans。此外,共鉴定出449种抗性基因型(304种是两个季节所共有的抗性基因,66种是夏季特有的抗性基因,79种是冬季特有的抗性基因)。夏季样本中ARGs的相对丰度显著高于冬季。MCR-1.2和BcI分别是夏季和冬季水样的主要ARGs。九山湖样本检测到的抗性基因的耐药机制主要是抗生素外排、抗生素失活或抗生素靶位改变。冗余分析(redundancy analysis,RDA)和典型对应分析(canonical correspondence analysis,CCA)结果表明,环境因子与微生物群落和抗性基因的分布显著相关。【结论】九山湖冬季和夏季的微生物群落结构和抗性基因组成存在明显差异,为进一步认识和了解城市休闲水生生态系统的结构提供了有用的信息,并强调了水体的ARGs污染可能造成的健康危害。     

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。     

内蒙古锡林郭勒牧区发酵乳制品抗生素抗性基因多样性

【目的】研究锡林郭勒牧区发酵乳制品中的常见抗生素抗性基因丰度,揭示抗生素在当地的使用情况以及抗性基因对当地生态环境的污染程度,为后续探索环境中抗生素抗性基因来源、传播和扩散机制提供一定的数据基础。【方法】应用荧光定量PCR技术(q-PCR)对采集自内蒙古锡林郭勒牧区的6份传统发酵酸牛乳和5份酸马乳中的抗生素抗性基因进行绝对定量分析。【结果】22种常见抗性基因均有检出,绝对含量范围在(1.028±0.338)-(8.648±0.087)lg(copies/m L)之间。通过对比酸牛乳和酸马乳样品发现,前者红霉素类(erm B)、链霉素类(str A、str B)、万古霉素类(gyr A)、四环素类(tet O)、氟喹诺酮类(yidy)、氯霉素类(cat)抗性基因丰度显著高于后者(P0.05),其余15种常见抗性基因丰度在两组样品之间无显著差异。【结论】发酵乳制品可能是潜在的抗性基因储存库,有必要对上市的发酵乳制品从表型和基因水平进行抗生素抗性分析。     

堆肥化处理对畜禽粪便中四环素类抗生素及抗性基因控制的研究进展

随着四环素类抗生素在畜禽养殖中的广泛应用,畜禽粪便已成为四环素类抗生素和抗性基因的重要富集位点,其未经处理直接施用具有潜在的生态环境和人类健康风险。堆肥化处理可有效消减畜禽粪便中的四环素类抗生素,并且对抗性基因的扩散和传播具有一定的控制效果。本综述比较了不同的堆肥化工艺对粪肥中四环素类抗生素消减的效果,并重点讨论了其微生物降解机理,总结了堆肥化处理对粪肥中四环素抗性基因消减的研究进展,进一步讨论了堆肥化处理过程中抗性基因变化的微生态机理与控制策略,最后提出了采用热水解等预处理工艺去除抗生素压力和采用厌氧堆肥化工艺增强抗性基因控制的技术建议,以及从动态的角度采用高通量的检测技术来解析抗性基因消减机制的研究策略建议。     

综述与专论：微生物消毒剂抗性机理

在物体表面和传播介质中,消毒剂能有效抑制或杀死微生物,广泛用于食品、卫生、健康、防疫等领域。在新型冠状病毒肺炎(COVID-19)疫情期间,全球消毒剂的使用量激增,对有效防控病毒传播和防止疫情扩散起到重要作用。但消毒剂的不正确使用会降低其有效性,甚至会诱导微生物产生抗性,从而增加传染性疾病的传播风险。微生物的消毒剂抗性基因还会通过繁殖传代增殖或在不同种属间水平转移而加剧其污染和传播风险,严重威胁到公共卫生安全。目前,抗生素抗性基因(ARG)的广泛出现引起了全球对公共卫生的关注,但对消毒剂的抗性认识非常有限。本文综述了近年来微生物对消毒剂抗性的研究,着重就微生物通过形成生物膜、降低细胞膜通透性、过量表达外排泵、产生消除或减弱消毒剂的特异性酶、改变作用靶点等方式产生抗性的机理进行综述。另外针对微生物消毒剂抗性的获得和传播,对染色体和质粒介导的抗性基因、环境中微生物消毒剂抗性与抗生素抗性的关联进行了论述。消毒剂抗性基因能通过质粒、噬菌体等可移动遗传元件,以转化、转导或接合的方式转移传播,对科学消毒提出新要求。     

家蚕抗核型多角体病毒病育种研究进展

家蚕核型多角体病毒(Bombyx mori nuclear polyhydrosis virus,BmNPV)病是蚕业界上最常见、危害比较严重的病害;遗传学研究和抗性分析表明,家蚕对核型多角体病毒抗性由主效基因和微效基因协同控制。在蚕病防治方面,除了加强消毒以外,选育抗病毒新品种无疑是更加经济有效的办法。近年来,随着基因组学和新一代测序技术的迅猛发展,覆盖深度达8.5倍家蚕基因组图谱完成和40个家蚕品种和野生种重测序的完成,为家蚕的抗核型多角体病毒病育种提供了理论依据和基因资源。本文综述了BmNPV基因组研究、家蚕基因组研究以及家蚕抗性品种培育方面取得的进展。     

自然环境分离磺胺甲噁唑抗性细菌抗药性及其抗性基因分析

为了解自然环境源细菌对磺胺类抗生素的抗性特征,采用纯培养物分离技术从淮河底泥中筛选磺胺甲噁唑(SMZ)抗性细菌,测定其抗性水平,PCR扩增进一步分析其抗性基因(sul)和一类整合子(intl)。结果从该底泥样品中分离出4株SMZ抗性细菌,经鉴定分别为Arthrobacter spp.Y1、Bacillus spp.Y2、Acinetobacter spp.Y4和Bacillus spp.H。菌株对SMZ的抗性水平从低到高依次为Y4 (0.5)、Y1 (5)、H (10)和Y2 (10 mg/mL)。4个SMZ抗性菌株均携带sul1基因,但均不含sul3和sulA基因,其中菌株H同时携带sul2基因。菌株Y2和Y4含有一类整合子,但是菌株Y1和H不含该整合子。本研究有助于加深对自然环境源SMZ抗性细菌抗性特征及其潜在风险的认知。     

绒山羊细菌人工染色体重组及细胞转染系统

绒山羊(Cashmere goat)是一类以生产山羊绒为主的山羊品种,因其绒毛纤细有光泽、轻盈、保暖而备受青睐。绒山羊角蛋白关联蛋白(Keratin associated protein,KAP)和骨形态发生蛋白(Bone morphogenetic protein,BMP)在羊绒纤维毛囊细胞的增殖和分化过程中起重要作用。为了提高山羊绒的产量和品质,对包含kap6.3,kap8.1和bmp4基因的细菌人工染色体(Bacterial artificial chromosome,BAC)进行研究。首先采用同源重组的方法对BAC进行修饰,其次将哺乳动物密码子优化过的Tol2转座子加入BAC中,最后采用Amaxa Nucleofector核转染技术将修饰过的BAC转入绒山羊成纤维细胞。结果表明成功构建了含有目的基因的BAC-Tol2载体。载体上包含UBC启动元件的egfp标记基因和真核筛选抗性neo基因,并且载体的两端加有loxp元件,为转染细胞后标记和抗性基因的去除作准备。载体转染细胞效率达到1%-6%,最高可达10%。成功获得了外源整合kap6.3、kap8.1和bmp4基因的细胞株,为以后克隆绒山羊作准备。研究表明,在BAC的修饰中应用Tol2转座子系统增加了电转染后的整合率,提高了BAC无错重组的效率和精确性。     

植物NLR基因的表达调控及应用策略

含有一个核酸结合位点以及富含亮氨酸重复序列(nucleotide-binding leucine rich repeats,NLR)类抗性基因在植物免疫中发挥重要作用。该文综述了近年来植物NLR基因的结构和功能特点,在转录、转录后、翻译水平的表达调控,植物NLR基因在增强作物抗性中的应用策略方面的研究进展。植物NLR基因表达调控的研究有助于揭示其分子作用机制,增加对NLR基因信号传导过程的了解;植物NLR基因应用策略的研究在开发抗性作物新品种中有较强的应用价值。     

质粒pULB113(RP4：：Mini．Mu)引起的氧化葡萄糖酸杆菌染色体转移

通过接合转移,质粒pULB113能从大肠杆菌转移到氧化葡萄糖酸杆菌和弱氧化醋杆菌中。带有pULB113的氧化葡萄糖酸杆菌AS1.114与它的各种营养缺陷型(Met、Arg、His、Gly、Ade…)之间的交配试验表明,pULBll3能引起该菌的染色体标记转移。pULB113在转移接合子中很不稳定,经五次传代后绝大多数的菌落已失去卡那霉素抗性和四环素抗性,而营养标记十分稳定。即使所有抗性都失去后,它们仍然存在于转移接合子中。说明这种基因转移是由RP4诱动的染色体转移。这是一个对葡萄糖酸杆菌进行基因定位和杂交育种的良好遗传系统。     

疟疾媒介冈比亚按蚊杀虫剂代谢抗性解毒酶芯片

代谢抗性是蚊虫对各类杀虫剂产生抗性的一个重要而普遍的机制,但这一通路所涉及的基因仍不清楚。英国利物浦热带医学院媒介研究组构建了疟疾媒介冈比亚按蚊与代谢抗性相关的基因芯片,是从230个可能与杀虫剂代谢有关的基因选出的单一片段,包括细胞色素P450s、GSTs、羧酸酯酶、氧化还原基因,以及与P450氧化代谢复合体相关的基因和对照基因。     

分子诊断技术的临床应用进展

分子诊断技术主要包括核酸分子杂交技术、核酸扩增技术、基因芯片技术、基因测序技术,已广泛应用于临床各科。比如在肿瘤疾病中应用荧光原位杂交技术(FISH)检测乳腺癌中HER-2基因扩增,应用基因芯片技术检测胃癌进程中基因拷贝数变化,应用高通量测序技术(HTS)检测肺癌中的EGFR基因突变;在遗传病中应用FISH技术针对唐氏综合征进行产前诊断,应用数字PCR技术进行无创产前筛查,应用HTS技术进行Hermansky-Pudlak综合征的诊断;在感染性疾病中应用RT-PCR试剂盒进行新冠肺炎的检测,应用基因芯片技术筛选抗生素抗性基因,应用HTS技术进行耐药基因的筛选等。本文主要介绍分子诊断技术在这三大类疾病领域的临床应用最新进展。     

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。     

基因捕捉及其在植物基因分离和功能基因组学上的应用

基因捕捉是一种报告基因的随机整合技术。基因捕捉系统已成为分离基因、鉴定基因功能的重要手段。基因捕捉(gene traps)包括增强子捕捉(enhancer trap)、启动子捕捉(promoter trap)和基因捕捉(gene trap),通称为基因捕捉(gcne traps)。在增强子捕捉中,报告基因与一个基本启动子融合,这个启动子不能使报告基因表达,但可被临近的增强子激活。在启动子捕捉和基因捕捉中,报告基因的启动子被去除,融合基因只有以正确的方向插入到转录单元内才能表达。对基因捕捉系统的结构特征、构建方法、应用范围、研究现状和应用前景等作了系统论述,并对有关问题进行了讨论。     

新一代转基因植物研究进展

转基因植物具有抗病、抗虫、抗逆、高产、营养成分改善等优良性状,但其安全性引起了人们的关注。新一代植物转基因技术,如叶绿体基因工程、基因约束、多基因共转、去除抗性标记基因、对外源基因进行实时监控、抗性管理策略、最小程度地改变基因等技术的发展,将使未来的转基因植物更好地适应人们的需求,更有利于消费者食用安全和生态环境的可持续发展 。