成果名称: 强力霉素抗性菌的适应性代价及代谢基础
完成单位: 华南农业大学
主要人员: 吴银宝,王军,温馨,朱婷,黄洁兰
介绍:

    ① 课题来源与背景: 来源:广东省自然科学基金-面上项目,广东省基础与应用基础研究基金委员会。 背景:我国是兽用抗生素使用量最多的国家,虽然我国正重点推动促生长类兽用抗生素逐步退出和治疗用兽用抗生素科学使用工作,但仍需关注合理用药前提下的治疗用兽用抗生素残留及其导致的抗生素抗性菌和抗性基因污染等环境效应。抗生素抗性菌可以通过抗生素胁迫下通过进化获得对抗生素的抗性,但抗性表型的出现及调控必定会消耗物质及能量,从而影响抗性菌的生长和代谢性能。这种因提高或获得抗生素抗性而影响微生物自身生长和代谢性能现象,称为抗生素抗性菌的适应性代价。由于环境中同时存在抗生素敏感菌和抗性菌,两者在生长性能方面的差异必然会影响抗性菌的竞争力,但目前尚无强力霉素抗性菌适应性代价及代谢基础的相关研究。

    ② 研究目的与意义; 兽药抗生素的大量使用导致环境中普遍存在抗生素残留,这些环境中残留的抗生素对环境微生物存在诱导、选择作用会引起环境微生物抗生素抗性增强,并增加环境中抗性菌的相对丰度。目前的研究多关注环境中抗性菌的来源及危害,未见抗生素胁迫下抗性菌与敏感菌共培养时的适应性差异及其机制的研究。 因此,本项目在不同强力霉素胁迫下通过共培养试验确定强力霉素抗性菌和敏感菌的适应性差异,探究强力霉素抗性菌的适应性代价,并比较抗性菌和敏感菌在碳、氮、能量代谢等方面的差异,通过代谢组学分析找出抗性菌和敏感菌的差异代谢物及相应代谢通路,解析强力霉素抗性菌适应性代价的代谢基础,为科学防控抗生素抗性菌污染、准确评估其生态毒理学效应提供依据。

    ③ 主要论点与论据: 论点:敏感菌获得强力霉素抗性后在碳、氮、能量代谢等方面存在差异,这些差异导致适应性代价的产生,最终导致生长性能和适应性降低。 论据:相比敏感菌,抗性菌在无或低强力霉素胁迫下对碳源的整体利用能力显著下降(P<0.05),而且更偏好氨基酸类碳源,中枢碳代谢谢降低,旁路代谢增强,进而使能量代谢水平降低。敏感菌与抗性菌共培养过程中,当无强力霉素胁迫时,敏感菌的适应性强于抗性菌并表现出竞争优势,在2:1、1:1和1:2的初始接种比例下,共培养结束时敏感菌的比例分别达到88.03% ~88.13%、77.12%~96.80%和82.54%~94.73% ;强力霉素浓度为1 mg/L时,3种初始接种比例下共培养结束时敏感菌的比例分别为72.55%~85.74%、51.12%~74.39%和62.31%~77.85%;强力霉素浓度为2 mg/L时,敏感菌12 h内完全被抗性菌取代。综上所述,敏感菌获得强力霉素抗性后引起细菌代谢发生改变,最终导致细菌的适应性发生降低。

    ④ 创见与创新; 微生物之间竞争的最终结果是通过竞争双方或多方的数量及比例变化来反应。本项目通过导入荧光蛋白基因的方式实现了可视化,为了排除荧光蛋白标记对敏感菌和抗性菌生理代谢的影响,对敏感菌和抗性菌分别进行了正反标记。 本项目将比较强力霉素抗性菌和敏感菌在碳、氮和能量代谢方面的差异,通过代谢组学分析找出抗性菌和敏感菌差异代谢物及相应代谢通路,解析强力霉素抗性菌适应性代价的代谢基础,为防控强力霉素抗性菌污染提供依据。目前未见从代谢角度解析强力霉素抗性菌适应性代价方面的相关研究。

    ⑤ 社会经济效益,存在的问题; 经济效益:本项目通过共培养实验发现当强力霉素浓度较低或者无强力霉素存在的情况下,由于抗性菌竞争能力较弱,容易被敏感菌所取代。由于目前畜牧业禁抗,会导致环境中抗生素浓度降低,当达到一定浓度时,由于抗性菌在较低浓度抗生素时竞争能力较弱,所以环境中抗性菌的含量很可能会降低。该研究表明畜牧业禁用促生长类抗生素可能会很好的降低抗生素抗性菌的含量,降低其对畜牧业和人类健康的危害,具有较高的生态效益。 存在的问题:本项目研究仅适合目前实验室环境下的简单模型,而对于复杂环境下多种菌共同生长环境下的抗性菌变化缺少相关研究。所以研究结论是否完全适用于畜禽养殖环境中抗性菌有待进一步分析。

    ⑥ 历年获奖情况; 无。

批准登记号:
登记日期: 2023-04-03
研究起止时间: 2019-10-01至2021-09-30
所属行业: 农、林、牧、渔业
所属高新技术类别:
评价单位名称: 广东省科学技术厅
评价日期: 2021-11-29