质粒介导的抗生素耐药基因在海水养殖环境中的分布及对抗生素的响应研究

The natural environment is a reservoir of antibiotic-resistant gene. Horizontal gene transfer is an important source of pathogens continually confront new antibiotic resistance gene. It is necessary to study the antibiotic-resistant gene of unpathogenic microorganisms in the environment in order to understanding of the distribution of resistance genes and transfer rules. We chose offshore aquaculture environment for the study because of the close relationship to human life. Previous study revealed that the antibiotic-resistant bacteria isolated in this environment, 80% tolerance to antibiotics. More than 30% of antibiotic resistant bacteria carry one or more plasmids. By metagenomic sequencing of plasmid, 11 drug resistance genes, transposase, type I integrase and mob gene had been found. On the basis of the previous study, by researching the important element of horizontal gene transfer, plasmids, we will explore the distribution and shift mechanism of antibiotic-resistant genes and plasmids in different bacteria, investigate the gene expressions changes under the antibiotic stress and determine the roles in the process of antibiotic-resistant gene transfer. This project will be helpful to understand the environmental antibiotic-resistant metagenomics and elucidate the transfer and spread of antibiotic-resistant genes under the marine aquaculture environment. After discovering new antibiotic-resistant genes or mechanisms, we may be able to prevent shift of antibiotic-resistant gene from environment to pathogenic bacteria.

自然环境是耐药基因的储存库，是致病菌不断获得抗生素耐药基因的重要来源。所以有必要对环境中非致病微生物的耐药基因进行研究，全面认识耐药基因的分布及转移规律。本研究以与人类生活密切相关的近海养殖环境为研究对象，前期工作发现此环境中分离的细菌80%对抗生素耐受，并且大于1/3的耐药细菌携带一个或多个质粒，通过对本研究环境的质粒进行宏基因组测序，得到耐药基因11种，转座酶，I型整合酶及mob基因。本研究拟在前期工作的基础上，通过研究基因水平转移的重要元件- - 质粒，系统地研究抗生素耐药基因和质粒在不同细菌间的分布情况和转移规律，寻找抗生素压力下质粒上表达变化的基因，确定抗生素压力在耐药基因转录水平及转移过程中的作用，增加对环境耐药组的认识；揭示在海水养殖环境中抗生素耐药性产生及传播机制，从而发现新的抗生素耐药基因或机制，以期提出预防耐药基因从环境中转移到病原微生物中的方案。

自然环境是耐药基因的储存库，是致病菌不断获得抗生素耐药基因的重要来源。所以有必要对环境中非致病微生物的耐药基因进行研究，全面认识耐药基因的分布及转移规律。本研究以与人类生活密切相关的近海养殖环境为研究对象，对海水养殖环境中质粒携带的抗生素耐药基因的分布和功能进行了分析，同时分析了不同抗生素浓度下下，海水养殖环境中耐药基因的丰度变化，并对海水养殖环境中质粒携带的新型大环内酯磷酸转移酶基因的分布和功能进行了分析，系统地研究了质粒上抗生素耐药基因和可移动元件在海水网箱养殖环境细菌中的分布，及抗生素对这些基因表达、传递的影响。研究结果表明海水养殖环境是的抗生素耐药基因重要的储存库，为全面了解环境中的抗生素耐药基因提供了更多的研究数据。海水养殖环境中的细菌和临床人类致病菌的耐药基因及可移动元件间相似度很高，表明它们在进化上有着密切的关系，这些基因及可移动元件间的高相似度表明，这些基因组在近期发生过水平转移。海水养殖环境中的细菌在全球抗生素抗药基因的交换过程中具有重要的地位。抗生素胁迫下，沉积物微生物群落提高的耐药表型、耐药基因丰度以及水平转移相关基因的丰度，可以在较高的水平保持很长一段时间，短期内难以消除，从而对环境造成了耐药基因的污染，并潜在加速了耐药基因在环境微生物甚至病原间的水平转移，对生态环境的健康造成了危害。这说明海水养殖中使用抗生素可能会加速耐药基因的水平转移，影响本地环境中抗生素耐药基因组的组成。