抗生素污染土壤中粘土矿物对抗性基因产生过程和环境归趋的调控机理研究

The study of the generation and transmission of antibiotic resistance genes (ARGs) as an emerging pollutant , is of great importance , for people to take reasonable measures to deal with this threat. ARGs can be generated and transferred via soil, and clay minerals in soil that are closely related to soil microbes may play an important role in the generation and transmission of ARGs. The project intends to use modern analytical methods to explore the characteristics of micro-interfacial reaction between Gram-negative bacteria and clay minerals that are all common in soil, and study the effect of clay minerals and the interfacial interaction on the generation of ARGs and the horizontal gene transmission in antibiotic contaminated soil. The expression level of RecA and LexA in the SOS pathway is evaluated. Finally, the project plans to study the effect of ARGs on the degradation performance of degrading bacteria. The project aims to clarify the regulation and molecular mechanisms of clay minerals on ARGs generation and transmission under low concentrations of antibiotics , to understand the ecological environment effects of ARGs, and to reveal the interplay between clay minerals and resistance genes in antibiotic contaminated soil. We believe our project will provide important theoretical and scientific basis for ARGs regulation and pollution control.

抗生素抗性基因(ARGs)作为一种新型环境污染物，研究其在环境中的产生和传播过程对于人们采取合理对策应对这一威胁有重要意义。ARGs可在土壤中产生和传播，土壤中粘土矿物与土壤微生物关系密切，可能在ARGs产生和传播过程中起重要作用。本项目拟利用现代分析测试手段研究探明土壤环境中常见的革兰氏阴性降解菌与粘土矿物之间的微界面反应特征，考察在抗生素污染土壤中粘土矿物的存在和界面反应性对降解菌抗性基因产生率和水平转移率的影响。并通过检测SOS反应相关蛋白RecA和LexA的表达水平深入探究粘土矿物影响抗性基因产生的分子生物学机制。最后研究抗生素、抗性基因对降解菌降解性能的影响，阐明低浓度抗生素存在条件下粘土矿物对抗性基因产生和传播过程的调节作用及其分子生物学机制，深入剖析抗生素抗性基因的生态环境效应，揭示抗生素污染土壤粘土矿物/抗性基因作用关系，为抗生素抗性基因污染调控和治理提供重要的理论和依据。

本项目通过探究不同污染物胁迫下，不同粘土矿物对微生物抗性基因产生的差异调控，从微观层面分析了细菌-粘土矿物-污染物之间的界面作用，并从分子生物学层面揭示了具体的作用机制，阐明了粘土矿物对污染土壤中抗生素抗性基因（ARGs）产生过程和环境归趋的调控机理，主要取得以下成果：.1. 蒙脱石存在下菲的降解和细菌的生长曲线表明，与游离GY2B菌相比，蒙脱石的加入促进了细菌的生长且大大提高了降解效率。.2. 扩展DLVO理论能够更好地解释蒙脱石吸附细菌的作用机制。.3. 大肠杆菌用四环素处理后，检测到四环素抗性基因tetA，tetE和tetZ，β-内酰胺类抗性基因blaTEM和blaFOX，多重耐药性基因acrA，marA和marR。.4. 吸附在高岭石上的菌株对氨苄西林抗性的潜在机制主要是吸附在高岭石上的菌株有利于减少β-内酰胺向周质空间的转运。.5. Mt能够刺激并调节与金黄杆菌转运、代谢、氧化应激、Cd富集及其它通路相关过程的基因表达来提高Cd抗性。.6. 大肠杆菌在Cd胁迫下处于一种“节能”模式，通过激活与细胞壁膜、蛋白合成、转运系统、信号转导过程相关基因的表达来增强抗生素抗性，Mt很大程度上通过缓解上述过程基因的表达水平来降低抗生素抗性。.7. 以10.0 mg/L多粘菌素B培养基添加剂的浓度培养的大肠杆菌提高了多药耐药性外排转运蛋白和外排泵膜转运蛋白的表达水平。.8. 高岭石可刺激暴露于多粘菌素B（PMB）的大肠杆菌中与PMB耐药相关蛋白ArnA，ArnB和EptA的过表达，而埃洛石能够降低大肠杆菌的多药耐药性。.本项目研究成果为进一步揭示粘土矿物对抗性基因产生过程的调节规律、明析环境土壤中粘土矿物对抗性基因扩散过程的影响、解析微生物-ARGs-粘土矿物之间的界面反应关系提供重要的实验数据与结论。同时为完善抗生素污染土壤中ARGs产生和转移的机理研究、降低ARGs生态风险提供科学依据。