典型抗生素生物转化对耐药基因接合传播影响与阻控机制.pdf

摘要

抗生素耐药性是全球健康威胁，其主要传播机制是细菌接合作用介导的水平

基因转移（HorizontalGeneTransfer，HGT）。环境浓度抗生素能促进HGT并增加

致病微生物获得多重耐药性的风险。细菌分解代谢抗生素是一种酶失活型耐药机

制，有望抑制细菌与耐药基因（AntibioticResistanceGenes，ARGs）之间的多重耐

药进化。本研究通过构建标准化细菌接合体系，运用转录组学和生态学分析等方

法，重点关注耐药接合传播与阻控策略，旨在明晰典型抗生素生物转化与多重耐

药基因接合传播的关联特征与阻控机制。

研究发现环境浓度典型抗生素（磺胺甲恶唑（SMX）和氯霉素（CAP））转

化对细菌属内与属间ARGs传播的影响。在SMX作用下，细菌属内和属间最高接

-5-6

合频率是对照组（3.3×10（属内）；1.6×10（属间））的6.55倍和11.65倍；在

-6

CAP作用下，属间最高接合频率是对照组（1.6×10）的3.61倍。当等摩尔SMX

和CAP氧化转化产物（3-氨基-5-甲基异恶唑和对硝基苯甲酸）作用时，接合效率

显著降低到正常水平。在亚抑制抗生素浓度下，细菌生理生化指标ROS产生量、

细胞膜通透性和ATP产量均显著高于对照组水平，对ARGs水平转移起重要作用。

解除抗生素选择压力后，这些指标恢复对照组水平，ARGs水平转移效率显著降低。

进一步研究发现，当SMX降解菌Paenarthrobactersp.P27存在时，属内和属

-5-6

间接合频率分别是对照组（3.3×10（属内）；1.6×10（属间））的0.73倍和1.13

倍。在CAP降解菌Sphingobiumsp.CAP‑1存在时，属间接合频率是对照组

-6

（1.6×10）的1.12倍。结果揭示抗生素通过生物转化消除选择压力，从而控制

ARGs水平转移。多受体细菌接合实验表明，SMX作用下，最高接合频率是对照

组（4.7×10-5）的7.32倍；当P27存在时，接合频率是对照组（4.7×10-5）的0.74

倍，表明ARGs水平转移频率显著降低。CAP选择压力下，氧化、还原、水解和

修饰四种不同的CAP生物转化途径显著降低2.10-2.97倍。说明多样化生物转化反

应均具有削弱ARGs传播的正向调节作用。

在SMX作用下，通过组学分析发现细菌接合体系显著上调表达活性氧和细胞

膜通透性等相关基因，增强细菌接合能力。引入降解菌P27后，接合频率和相关

基因表达与对照组无显著差异。基于以上结果，揭示了抗生素生物转化对ARGs

水平转移的阻控机制，为制定强化抗生素生物转化驱动的细菌耐药进化的内源调

控与风险控制方法提供了重要科学依据。

关键词:抗生素；生物转化；接合作用；耐药基因；水平基因转移

Abstract

Antibioticresistanceposesaglobalhealththreat,withitsprimarymodeof

disseminationbeinghorizontalgenetransfer(HGT)mediatedbybacterialconjugation.

ElevatedconcentrationsofantibioticsintheenvironmentcanfacilitateHGT,increasing

theriskofpathogenicmicroorganismsacquiringmultidrugresistance.Theenzymatic

deactivationresistancemechanism