抗生素作为一种生长促进剂被广泛的应用在畜禽生产过程中。在奶牛养殖中,抗生素主要用于治疗奶牛乳腺炎。我国的奶牛养殖业中普遍存在抗生素滥用的现象,导致了家畜源耐药菌株频发的问题。金黄色葡萄球菌作为导致奶牛乳腺炎的主要病原菌,对奶牛的健康养殖与乳畜业可持续发展带来了诸多不利影响。其中,甲氧西林抗性金黄色葡萄球菌（Methicillin-Resistant Staphylococcus aureus,MRSA）的危害尤为严重。由于家畜源MRSA能通过环境或者动物性食品传播给人类,继而威胁人类健康,因此家畜源MRSA的流行及其对公共卫生的影响已成为近年来的研究热点。MRSA是由对抗生素敏感的金黄色葡萄球菌获得外源甲氧西林抗性元件SCCmec产生的。SCCmec携带抗性基因mecA,该基因编码一种新的青霉素结合蛋白PBP2a,它能赋予金葡菌对β-内酰胺类抗生素的广谱耐药性,因而使治疗手段变得极其有限。因此,要抑制mec A基因在葡萄球菌间的水平转移,减少甲氧西林抗性的发生,必须明确甲氧西林抗性基因在葡萄球菌间传播的具体分子机制。试验初期,为调查甲氧西林抗性基因在本地区奶牛乳腺炎葡萄球菌中的流行情况,我们首先从本地三家具有不同养殖规模的奶牛场中采集了200份来自疑似或已患乳腺炎奶牛的鲜奶样品,从中筛选到葡萄球菌共145株,鉴定出金黄色葡萄球菌37株（其中35株均不含有血浆凝固酶）。通过PCR和药敏试验发现了18株甲氧西林抗性基因mecA阳性的葡萄球菌,它们的SCCmec分型主要以IV型和V型为主。其中一株多重耐药MRSA菌株BA01611含有未知的SCCmec类型。接下来,通过全基因组测序,我们明确了BA01611菌株的基因组概况。其基因组长度为2,885,865 bp,同时携带一个7,440 bp的附加质粒,它们分别含有2,964个和6个ORFs。比较基因组学分析发现了该菌株共携带15种抗生素抗性基因、23种粘附因子基因以及14种重金属耐受相关基因,但缺乏毒素蛋白基因。这些特征赋予了它对恶劣环境更强的适应能力。值得一提的是,在MRSA菌株BA01611的基因组中,我们首次发现、鉴定并报道了新型葡萄球菌染色体盒重组酶基因ccrC2。该重组酶基因与已知的ccrC1的核酸序列一致性仅62.6%-69.2%,属于新的重组酶亚型。携带它的新型SCCmec元件,随即被命名为XII型SCCmec。这一发现进一步扩充了葡萄球菌染色体盒重组酶和SCCmec元件的多样性。为阐明重组酶CcrC2所介导的甲氧西林抗性元件SCCmec的基因水平转移机制,我们随即通过多种分子生物学手段,发现了重组酶CcrC2能够独立且高效的介导不同类型的SCCmec、ψSCC及Composite SCC元件的切除与整合。并发现当在MRSA菌株中过表达重组酶CcrC2时,能够促使SCCmec元件更高效的从基因组中剪切成为环化中间体,而这一过程能够使MRSA菌株丢失甲氧西林抗性,进而转变为对抗生素敏感的MSSA菌株。另外,在重组酶所识别的att位点中的正向重复序列上若出现G₅C₆→A₅G₆的突变,则会显著抑制CcrC2的重组酶活性,这一现象与该突变减弱了att位点和重组酶CcrC2的亲和力有关。同时我们还发现重组酶CcrC2的每个结构域对于其重组酶活性都是必不可少的,其氨基酸序列中S12、R84和K149残基位点对于其重组酶活性至关重要。本试验的结果填补了目前对CcrC家族重组酶功能认识上的诸多空白。由重组酶CcrC2所介导的SCCmec剪切尽管能够转化MRSA为无抗性的菌株,但剪切-粘贴型的转移方式并不会减少SCCmec在葡萄球菌群体中的丰度。为了建立一种能够真正消除甲氧西林抗性的方法,我们利用了重组酶CcrC2的过表达和具有mecA靶向能力的CRISPR-Cas9元件,首次构建出一种新型的Gene drive系统—SCCmec killer,它能够将转变MRSA菌株为MSSA的同时消除携带甲氧西林抗性基因mecA的SCCmec环化中间体,真正意义上的实现了在葡萄球菌群体基因池中降低mecA抗性基因丰度的目的。综上所述,本课题系统研究了甲氧西林抗性在我国西北地区奶牛乳腺炎葡萄球菌中的流行情况,并对其中具有典型特征的甲氧西林抗性金黄色葡萄球菌菌株进行了全基因测序及比较基因组学的分析。研究揭示了致病性金黄色葡萄球菌中由新型重组酶CcrC2所介导的甲氧西林抗性元件的水平转移机制,阐明了重组酶在甲氧西林抗性传播中的重要作用,同时还构建了用于消除甲氧西林抗性的SCCmec killer系统。为抵抗MRSA传播、提升奶牛健康养殖奠定了理论基础。