抗生素及抗生素耐药基因摄入对小鼠肠道菌群耐药性影响的时空特征

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抗生素的发现和发展为人类带来极大的福利,预防和治疗感染,防止流行病大范围传播,人类健康程度增高,寿命增长。同时抗生素在农牧业大量使用,减少动物间传染病发生,促进动物生长,为人类带来经济效益。在这种情况下人们愈发过量使用抗生素,造成抗生素耐药性广泛传播,影响到人们的生活与健康,耐药性问题在世界范围内逐渐受到关注。目前,抗生素和抗生素耐药基因污染可从多种环境中检测到,涉及土壤、水、空气等。水环境与人类密切相关,人们在各类水环境中均检测到多种抗生素及耐药基因的存在,甚至于饮用水中,包括磺胺类等。在许多水处理方式中还没有有效普遍的清除耐药菌基因的方式,这些耐药基因极有可能会随水源进入人体。许多可移动性遗传元件(mobile genetic elements,MGE)中含有耐药基因,包含整合子、转座子以及质粒等。质粒可以自我复制,形式较为灵活,特别是可结合转移的质粒,可以携带多种耐药基因进行菌群间的水平转移。耐药基因水平转移是促进耐药性在世界范围内扩散的主要机制之一,而质粒介导的耐药基因水平转移为该机制最重要的一部分。肠道微生物群是人体微生物最重要的一部分,与人类疾病密切相关,包括抑郁症,糖尿病以及肿瘤等,近年来受到人们的广泛关注。作为人体微生物群的巨大储存库,涉及抗生素抗药性无可避免。外界摄入抗生素或耐药基因均可能影响肠道菌群耐药性变化。目前,抗生素对肠道微生物耐药性影响的研究已有很多,抗生素会造成胃肠道微生物群组成、丰度以及多样性发生改变,造成耐药性变化。另外诸多调查发现,携带耐药基因的载体可以通过胃肠道的抵抗机制进入胃肠道,具有生物活性。胃肠道不仅能为微生物提供营养物质,而且是耐药基因水平转移的基地,当耐药基因转移至肠道病原微生物后,会造成严重的后果。这样的背景不得不担心水环境中的耐药基因进入胃肠道后对菌群耐药性的影响。本文主要探究环境浓度的R55质粒对小鼠胃肠道耐药性的影响,同时探究了胃肠道各部分菌群对抗生素的响应。研究首先检测R55质粒的结合转移能力,通过检测发现R55质粒可以在异种菌间发生结合转移,且使用的耐药基因sul1、sul2和floR可以作为体内实验的检测标记。之后研究以C57BL6小鼠为模型,以灌胃的方式将未经过改造的R55质粒和磺胺嘧啶灌入小鼠胃肠道中,连续灌胃20天,恢复期为15天。实验中定期连续获得实验小鼠胃肠道各部分内容物,之后进行总DNA提取以及实时荧光定量(RT-qPCR)来检测了耐药基因sul1、sul2和floR变化程度,同时实验筛选了肠道菌群耐药菌,从表型方向检测R55质粒在肠道菌群间的转移。结果表明环境浓度的R55质粒短期内并没有引起肠道菌群耐药基因水平改变,基因型和表型结果均是如此。有趣的是,实验发现磺胺嘧啶在灌胃的第8-12天使耐药基因水平升高,之后出现适应性下降。而且耐药基因水平变化没有在整个胃肠道中发生,变化位置为胃和大肠,说明肠道各部分对抗生素有着不同的响应,具有时间-空间特性。这种“时间-空间限制”表明胃肠道有着复杂的动态性机制,不能将整个胃肠道视为一体研究。通过对环境浓度的R55质粒和治疗浓度的磺胺嘧啶对小鼠肠道菌群耐药性影响的研究,论述肠道各部分菌群对R55质粒和磺胺嘧啶的响应,初步探究环境浓度的耐药基因对肠道耐药性的影响,进一步研究了抗生素对肠道的作用,加深人们对抗生素和耐药基因污染的重视。
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