城市环境中抗生素抗性基因的分布特征与抗生素同化菌的组成

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耐药致病菌带来了严重的全球公共健康问题。环境微生物(抗生素产生菌和抗生素同化菌)是抗性基因的重要来源。在快速城市化进程下,随着抗生素在临床治疗和集约化养殖业中的长期滥用,不同环境介质中抗性基因和抗性菌的强度不断增加,人类活动对现代环境抗性组已造成了巨大的影响。  城市环境中存在最强烈的人为干预,在不同的区域环境中形成了不同梯度的抗生素选择压力,因此是研究现代抗性组特征的典型模型。本研究选取了三个城市环境中典型的抗生素抗性污染热点区,分别采用不同的分子生物学技术对其抗生素抗性特征进行了探究:  1)以福建省第二大江九龙江流域的三个城市污水处理厂为研究对象,采用高通量荧光定量PCR和16S rRNA基因高通量测序的方法探究其进水,活性污泥,出水中的抗性基因及微生物群落结构的变化规律。结果表明,进水样品检测出了最多的抗性基因种类(224-234种),显著高于活性污泥(154-181种)和出水样品(171-177种),基本涵盖已知抗性基因的所有类别。出水样品的抗性基因总和(3.87×109-1.98×1010 copy L-1)比进水样品(9.66×1010-2.87×1011 copy L-1)低一个数量级;将抗性基因丰度进行归一化后发现,与进水样品(5.64-8.45 copycell-1)相比,活性污泥(1.53-3.55 copy cell-1)和出水样品(1.85-3.57 copy cell-1)均发生了极为显著的下降,下降幅度高达到57.04%-67.02%。各样品细菌多样性水平由大到小依次为出水样品>污泥样品>进水样品,与抗性基因的多样性水平变化呈现相反的趋势;进水中微生物群落组成单一,主要为变形菌门(Proteobacteria),厚壁菌门(Firmicutes)和拟杆菌门(Bacteroidetes),出水中增加了绿弯菌门(Chloroflexi),绿菌门(Chlorobi)和硝化螺旋菌门(Nitrospirae)。PCA分析表明进水,活性污泥和出水样品的抗性基因结构和微生物群落结构均存在显著差异性,Mantel检验和Procrustes分析进一步表明抗性基因结构与微生物群落结构具有显著相关性。  2)以九龙江源头水样为背景对照,探究九龙江龙岩市城区水样中抗生素抗性基因的丰度及分布特征,同时考察水样中多重耐药菌的丰度和种类。高通量荧光定量PCR的结果显示,城市河流中(C9:131种,C11:161种)的抗性基因种类显著高于背景点(C8:79种),并由“背景抗性基因”和“外源抗性基因”组成;城市位点各类型抗性基因的绝对丰度均可达到109~1010 copy L-1,比背景点高出两个数量级;且抗性基因出现了大范围的富集,富集比例高达59.89%-94.51%。多重耐药菌平板计数结果表明,城市河流中多重抗性菌的绝对丰度增加了102到104倍,从中筛选的66株多重抗性菌分属5个门:蓝细菌门(Cyanobacteria),厚壁菌门(Firmicutes),放线菌门(Actinobacteria),拟杆菌门(Bacteoidetes)和变形菌门(Proteobacteria),其中变形菌门(Proteobacteria)占绝对主导地位(45株)。  3)采用稳定性同位素核酸探针技术(DNA-SIP),以室内微宇宙培养为研究体系,探究厦门同安养猪场土壤中磺胺甲恶唑(SMX)同化菌的类别。结果表明,SMX在SIP微宇宙实验前半期显著抑制土壤呼吸;在添加13C-SMX的培养瓶内,随着培养时间CO2δ13C值发生显著持续增长(-15-25),表明土壤中的微生物能够摄取13C-SMX并将其矿化为13CO2。通过对13C-DNA的鉴定我们发现两类属于放线菌门(Actinobacteria)的Nocardioidaceae科和Gaiellaceae科是养猪场菜园土中主要SMX同化菌。
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