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近年来,致病菌耐药性的增加和扩散已成为全世界关注的一个健康问题,而人类医疗和畜禽养殖业抗生素的滥用正在加剧这一问题。四环素类抗生素是一类常见的抗生素,作为兽药和促生长剂被广泛用于猪场养殖业。近年来由于四环素类抗生素在畜禽养殖业中的大量使用,诱导了环境中四环素抗性微生物的产生,然而有关四环素类抗性基因在土壤中存在、迁移和扩散的研究还很少。
本研究采集了来自中国3个城市共9个典型猪场周围的农田土壤,对土壤中的四环素抗性进行了检测。利用普通PCR在土壤中共检测到15种四环素类抗性基因,包括7种编码泵外排蛋白的基因(tetA,tetC,tetE,tetG,tetK,tetL,tetA/P),7种编码核糖体保护蛋白的基因(tetM,tetO,tetQ,tetS,tetT,tetW,tetB/P),以及1种编码修饰或钝化四环素类分子的酶的基因(tetX)。
进一步建立了定量PCR程序对其中5种RPPs基因(tetM,tetO,tetQ,tetW,tetT)以及微生物总量16S rRNA基因进行了定量。不同土样中的4种四环素类抗性基因(tetM、tetO、tetQ、tetW)的相对丰度具有明显差别,数值范围从10-5到10-2不等。而每个土样中tetT基因的相对丰度(从10-6到10-4)都要低于其他4种基因(tetM、tetO、tetQ、tetW)的相对丰度。
利用LC-MS/MS共对土壤中5种典型四环素类抗生素及10种四环素类抗生素的降解产物进行了检测。土样中四环素类抗生素的浓度总和范围从5.4到377.8μg·kg-1干土。相关性分析结果显示,土壤中的四环素类抗性基因水平(tetM、tetO、tetQ、tetW绝对基因拷贝数总和)与土壤中残留的四环素类抗生素的总量显著正相关(r2=0.45,P<0.05);另外四环素抗性基因水平还与土壤微生物总量(r2=0.65,P<0.01)以及土壤有机质(r2=0.46,P<0.05)显著正相关。
通过建立克隆文库的方法,在猪场周围土壤中共发现了5种不同的tetM基因类型,并建立了系统发育树。通过基因库BLAST比对,大部分tetM基因型与各类菌种中的质粒、转座子等携带的tetM基因序列相同或相近,这些结合或者可移动元件有助于tetM基因在不同环境介质中各类微生物之间的传播和扩散,具有一定的生态及健康风险。