畜禽微生物耐药组研究进展

目前,绝大部分抗生素用于给人类提供肉奶蛋等食品的畜禽,由此产生的抗生素耐药性对全球公众健康造成了巨大威胁。为了降低畜禽生产环节抗生素耐药性向人类的传播,首先需要明确畜禽消化道或产品微生物携带哪些耐药基因。耐药组指的是某个环境微生物群落全部耐药基因的总和,近年来对于畜禽生产过程中耐药组分析成为研究热点之一。本文综述了基于测序技术研究畜禽(猪、鸡、反刍动物)消化道以及乳中微生物耐药组组成及其影响因素的最新进展,并提出了未来研究方向,包括耐药组研究方法的标准化、基于宏转录组的耐药组基因表达研究,以及可移动遗传元件所携带的耐药基因等,旨在为调控畜禽养殖过程中耐药基因提供思路。     

台风利奇马对城市淡水系统中微生物群落和抗生素耐药性基因的影响

【背景】极端天气事件(如台风)带来的强风和降水,会给水生生态系统造成短暂和持久的影响。然而,很少有研究关注台风对水生微生物群落和抗生素耐药性基因(antibiotic resistance genes,ARGs)的影响。【目的】对台风前后城市淡水水域的微生物群落和抗性基因组成进行研究分析,更好地认识极端天气对淡水生态系统的干扰。【方法】在台风前后从4个地点采集了水样,通过宏基因组分析,检测了台风利奇马对温州休闲水域微生物群落和抗性基因的影响。除水生微生物群落和抗性基因外,还分析了每个采样点的物理、化学参数,包括温度、pH、溶解氧、叶绿素a、可溶性活性磷、硝酸盐、亚硝酸盐和铵。【结果】台风登陆后,大多数地点的pH、溶解氧和叶绿素a都有所增加。然而,台风对九山湖的影响要弱于对三垟湿地的影响。台风登陆后,变形菌门、蓝菌门和拟杆菌门的相对丰度增加,而放线菌门的相对丰度下降。在属水平上,栖湖菌的微生物多样性和相对丰度显著增加。在所有的环境因子中,铵是影响微生物群落结构的最重要的环境因子。另外,在所有样本中均检测到35个机会性致病菌类群。台风后,铜绿假单胞菌的相对丰度增加。ARGs显示了空间(采样点间)和时间(台风前后)的变化。冗余分析表明,水总无机氮是影响抗性基因分布的主要环境因子。【结论】这些发现为极端天气(如台风)如何影响淡水系统中的微生物群落和抗性基因提供了新的见解。台风登陆增加了城市淡水系统的公共安全风险,因此,检验检疫方法和手段应该前移,加强对环境健康安全的评价和分析,这将有助于减轻抗生素耐药性和致病菌扩散的风险。     

温室黄瓜根结线虫发生地土壤微生物宏基因组文库的构建及其一个杀线虫蛋白酶基因的筛选

【目的】本研究旨在通过非培养手段构建和筛选宏基因组文库,以求找到新型的杀线虫蛋白酶基因。【方法】采用密度梯度离心法提取和纯化温室土壤微生物总DNA,经平末端、连接、包装、转染后,构建宏基因组Fosmid文库,同时,以脱脂奶为底物,以根结线虫为靶标,对文库进行功能初筛。【结果】该文库库容31008个克隆,平均插入片段36.5kb,包含1.13Gbp的微生物基因组信息,适合大规模的微生物功能基因筛选,通过功能初筛,筛选到1个含杀线虫蛋白酶基因的Fosmid克隆(pro12)。进一步构建和筛选出亚克隆(espro124a5),通过对基因结构进行了初步分析发现:espro124a5是一种分泌型胞外蛋白酶,与来自于Maricaulis maris MCS10(accession no.YP_756822at NCBI)的丝氨酸蛋白酶S15仅有45%的同源性,是一种新型的丝氨酸蛋白酶,有其保守的催化三元组:Asp469、His541和Ser348。【结论】密度梯度离心法提取到的DNA纯度高、片段长,完全能满足构建宏基因组Fosmid文库的要求;同时,构建的宏基因组Fosmid文库库容大,有利于我们从中筛选其他的微生物基因资源。     

Bacterial droplet-based single-cell RNA-seq reveals antibiotic-associated heterogeneous cellular states

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一种来自于土壤宏基因组文库的AprN基因的鉴定

宏基因组文库技术的发展拓宽了酶学的研究范围,从而导致了一系列新型的生物催化剂被发现和鉴定。采用蛋白酶的活性筛选策略,从已构建的碱性污染土壤宏基因组文库分离得到了一个表达蛋白酶的阳性克隆。生物信息学分析表明该克隆所包含的外源DNA片断编码一个由381个氨基酸编码组成的多肽,该多肽大约为39kDa,等电点为8.91。BLAST软件分析该外源DNA片断包含一个完整的碱性蛋白酶基因（ap01）,GC含量为46.3%。相关酶学数据表明该阳性克隆所分泌的碱性蛋白酶最适作用pH值为9.5,最佳作用温度为40℃。     

Identification of genes conferring arsenic resistance to Escherichia coli from an effluent treatment plant sludge metagenomic library

The majority of bacteria elude culture in the laboratory. A metagenomic approach provides culture-independent access to the gene pool of the whole bacterial community. A metagenomic library was constructed from an industrial effluent treatment plant sludge containing about 1.25 Gb of microbial community DNA. Two arsenic-resistant clones were selected from the metagenomic library. Clones MT3 and MT6 had eight- and 18-fold higher resistance to sodium arsenate in comparison with the parent strain, respectively. The clones also showed increased resistance to arsenite but not to antimony. Sequence analysis of the clones revealed genes encoding for putative arsenate reductases and arsenite efflux pumps. A novel arsenate resistance gene ( arsN ) encoding a protein with similarity to acetyltransferases was identified from clone MT6. ArsN homologues were found to be closely associated with arsenic resistance genes in many bacterial genomes. ArsN homologues were found fused to putative arsenate reductases in Methylibium petroleiphilum PM1 and Anaeromyxobacter dehalogenans 2CP-C and with a putative arsenite chaperone in Burkholderia vietnamiensis G4. ArsN alone resulted in an approximately sixfold higher resistance to sodium arsenate in wild-type Escherichia coli W3110.     

基于基因组数据分析的细菌耐药基因识别与表型预测

利用基因组数据和生物信息学分析方法,快速鉴定耐药基因并预测耐药表型,为细菌耐药状况监测提供了有力辅助手段。目前,已有的数十个耐药数据库及其相关分析工具这些资源为细菌耐药基因的识别以及耐药表型的预测提供了数据信息和技术手段。随着细菌基因组数据的持续增加以及耐药表型数据的不断积累,大数据和机器学习能够更好地建立耐药表型与基因组信息之间的相关性,因此,构建高效的耐药表型预测模型成为研究热点。本文围绕细菌耐药基因的识别和耐药表型的预测,针对耐药相关数据库、耐药特征识别理论与方法、耐药数据的机器学习与表型预测等方面展开讨论,以期为细菌耐药的相关研究提供手段和思路。     

元基因组文库分析技术研究进展

随着新的分析技术的不断出现和成熟,促进了微生物分子生态学及相关学科的诞生和迅速发展。其中,元基因组文库分析技术即是近年来微生物分子生态学研究领域兴起的一种新的分析技术。就元基因组分析技术诞生的背景及该技术的原理进行了讨论,着重阐述了元基因组文库分析技术在寻找新基因、开发新的生物活性物质、研究群落中微生物多样性、人类元基因组测序等方面的应用。另外,归纳总结了目前国际上常用的诸如PCR为基础的筛选、荧光原位杂交（fluorescent in situ hybridization,FISH）、底物诱导的基因表达筛选（substrate induced gene expression screening,SIGEX）、基因芯片等元基因组文库筛选方法,并就不同方法的优缺点进行了分析和讨论,指出了目前元基因组文库分析技术存在的主要问题并对今后该技术的发展进行了展望。     

Discovery of Next-Generation Antimicrobials through Bacterial Self-Screening of Surface-Displayed Peptide Libraries

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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.     

昆明越冬红嘴鸥粪便潜在病原细菌及耐药基因与毒力因子组成

【背景】昆明越冬红嘴鸥数量庞大且常与人近距离接触,其粪便细菌对人们有无感染威胁一直是关注焦点之一。【目的】探究红嘴鸥粪便中存在的潜在病原细菌及耐药表型、耐药基因与毒力因子。【方法】纯培养法分离鉴定粪便中的细菌,并对其中的部分病原细菌进行耐药表型分析;宏基因组测序检测红嘴鸥粪便样本中的潜在病原细菌以及耐药和毒力因子。【结果】纯培养分离发现红嘴鸥粪便中优势潜在病原细菌为粪肠球菌(Enterococcus faecalis)、威隆气单胞菌(Aeromonas veronii)、福氏志贺菌(Shigella flexneri)等;免培养方法检测到更多潜在病原细菌种,优势种为大肠埃希菌(Escherichia coli)、阿尔伯蒂埃希菌(Escherichia albertii)、屎肠球菌(Enterococcus faecium)等,但这些也是人和动物肠道常见菌种;红嘴鸥粪便和滇池水中部分纯培养潜在病原细菌耐药表型不严重,但免培养检测到丰富的耐药与毒力因子,关联分析发现其来源菌种广,并不局限于病原细菌种,不过相似度覆盖度高的耐药基因中并未见临床关注耐药基因;此外,红嘴鸥粪便和滇池水中许多病原细菌所在属耐药基因含量相关性高。【结论】红嘴鸥粪便中未分离检测到二类病原细菌,也未发现临床常见病原细菌种同时具有临床关注的耐药情况,推测其粪便菌群对免疫力正常人群无感染威胁。     

荷斯坦奶牛瘤胃微生物元基因组Fosmid文库的构建与分析

采用包埋法提取荷斯坦奶牛瘤胃微生物大片段总DNA,纯化后脉冲场电泳回收大小为36～48 kb,与pcc2FOS vector连接,转染至大肠埃希菌EPI 300宿主细胞,构建瘤胃微生物Fosmid基因组文库.对文库进行鉴定,该文库平均插入片段大小约35 kb,共保存30 000个克隆,空载体率小于2%,库容达1 050 Mb.     

高通量自动化微生物微液滴进化培养与筛选技术及其装备化

液滴微流控由于可以快速生成大量微液滴,并实现单个液滴独立的控制,每个液滴都可以作为独立的单元进行微生物培养,因此在微生物的高通量培养方面具有独特的应用优势.然而现有研究多停留在实验室搭建和使用阶段,存在操作要求高、影响因素多、缺乏自动化集成技术等关键问题,制约了液滴微流控技术在微生物研究中的应用.文中以解决液滴微流控技...     

食品动物养殖环境中细菌耐药性研究进展

抗生素耐药性被世界卫生组织认为是21世纪人类面临的最大的公共卫生安全问题之一。近年来,抗生素耐药基因作为一种新型污染物而受到广泛关注。养殖场现已成为耐药基因的一个重要储库,耐药菌及耐药基因随着动物排泄物进入环境,从而加速了耐药基因在环境中的传播。畜禽养殖环境中耐药基因和耐药菌可能经食物链、空气等途径传至人类,给人类健康带来巨大威胁。文中结合最新文献,主要介绍了动物养殖场抗菌药物耐药菌和耐药基因的分布特点、耐药基因的持留和传播扩散、研究方法等方面的研究进展,为食品动物养殖环境的抗菌药物耐药性风险评估提供一定支持。     

结合宏基因组末端随机测序和16S rDNA技术分析温室黄瓜根围土壤细菌多样性

土壤细菌在温室土壤环境中具有十分重要的生态功能,与温室作物以及微生物内部存在互作关系。研究土壤细菌的群落结构组成,有助于了解土地利用变化与生态环境效应之间的关系。结合16S rRNA基因克隆文库和宏基因组末端测序对温室黄瓜根围土壤细菌的多样性进行了分析。在16S文库中,根据97%的序列相似性水平划分OTU,共有35个OTU,其中优势菌群是γ-Proteobacteria,其次为Firmicutes,Bacillus为优势细菌。在纲分类水平上,16S文库和宏基因组末端测序结果均包含γ-Proteobacteria、α-Proteobacteria、δ-Proteobacteria、β-Proteobacteria、Actinomycetales和Firmicutes,各纲比例有差别;在优势种群属水平上,末端测序的结果包含的属多于16S文库(4035);在优势细菌种类上,两者反映的结果一致,均为Bacillus。但是,宏基因组末端测序包含了大多数的弱势种群,更能反映细菌多样性的真实水平。与露地土壤细菌16S文库相比较,土壤细菌多样性降低,这可能与温室多年连作,种植蔬菜种类单一直接相关。     

大熊猫源细菌耐药性研究进展

耐药菌和耐药基因已成为一种新型环境污染物,引发世界公共卫生问题。细菌耐药性尤其是多重耐药菌在人医临床、畜禽养殖以及环境传播等多个方面得到越来越多的关注,而关于大熊猫等野生动物的耐药性研究相对较少。大熊猫(Ailuropoda melanoleuca)是世界公认的珍稀野生动物,其种群数量易受到各种疾病的威胁,尤其是肠道细菌性疾病。随着抗菌药物在疾病预防和控制中的普遍使用,由此带来的耐药性危害日益明显。本文总结了关于大熊猫源细菌耐药的国内外研究报道,对其耐药表型、耐药基因型、耐药机制及水平传播机制等方面内容进行了综述,旨在为大熊猫源细菌耐药性的研究和防控提供依据,为临床科学用药提供理论参考,从而助力大熊猫迁地保护。