六条中国河流中源于合成质粒载体的抗药bla基因的调查

翻译：薛堃、高英

文献出处：Environ Sci Technol. 2012 Dec 18;46(24):13448-54. doi: 10.1021/es302760s. Epub 2012 Dec 6.

摘要：抗生素抗性是人类健康的重要挑战，正在全球范围内持续提高。当抗生素选择合成质粒载体被证明是遗传工程中的无价工具时，这类具有高表达抗生素抗性基因的人工重组DNA序列也表现出了超出实验室设定的未知风险。环境微生物受源于合成质粒载体的抗生素抗性基因污染可能代表了一个仍未被认定的抗生素抗性来源。在本研究中，PCR和实时定量PCR被用来研究六条具有明显人类活动的中国河流中微生物中的合成质粒载体来源的氨苄青霉素抗性基因bla。bla基因的水平在六条河流中变化很大，以珠江河海河水平最高。为了确认bla基因污染，水样当中的环境质粒会被群落质粒元基因组中的大肠杆菌转化体所捕获。得到的具有205个氨苄青霉素抗性大肠杆菌转化体的质粒文库在PCR中表现出了27.3%的bla基因阳性率。后续结果确认了合成质粒载体来源。此外，Kirby-Bauer纸片检测结果再次证实了环境质粒的氨苄青霉素抗性功能。珠江和海河中的转化体的抗性谱扩展至第三至四代头孢菌素药物，而其他转化体的抗性谱主要包括第一和第二代头孢菌素。本研究不仅仅揭示了中国河流中合成质粒载体来源的抗生素抗性bla基因对环境的污染，还说明了合成质粒载体可能是人体抗生素抗性的一个来源。

介绍

抗生素因其低毒、高效和相对廉价，而广泛应用于现今世界。然而，过度和滥用使得抗生素抗性菌株以惊人的速度出现。2010年表达新德里metallo-β-酰胺酶-1基因的肠杆菌的爆发不仅仅提高了公众对于药物抗性细菌对人类健康威胁的意识，更是增强了对更好的理解和控制这类现象的研究工作。

生态学研究发现自然水体中存在药物抗性细菌，许多相关抗性基因也被鉴别出来。已有报道称城市水源包含多种污染物，从药物残留到畜牧业或人类废弃物，对人类健康具有已知的和未知的风险。这些都能够产生抗生素选择压以加速抗药菌的进化。城市水系统的流动存储特征代表了有利于微生物的生长条件，使得被污染的城市水体成为一个处理和存储抗性细菌和抗性基因的“池”。

质粒是原核生物和一些单细胞生物的染色体外DNA分子，可以携带不同的抗性基因，并在抗性表型的遗传扩散中扮演重要角色。基因组信息这样的交换是通过结合和转录过程和转座子和整合行为表现出来。质粒已被作为实验工具来实现快速有效的遗传工程。为了提高转化效率和克隆产量，一系列选择遗传标记被用在合成质粒载体中，其中抗生素抗性基因被证明特别有效。为了得到高效转化，进一步的处理使得这些携带了多个药物抗性基因的质粒可以再实验室设定条件下水平转移。

在过去的几十年中，遗传工程技术由科学研究扩展到了实践领域，包括生物燃料、农业和环境的生物修复。其后果是，实际应用中的合成质粒载体有很大的机会不受控制的进入环境中，抗生素抗性基因转移至自然微生物中表现出一定的风险。一些研究指出了这些遗传材料导致的生态风险。重组DNA分子或片段可以通过噬菌体或质粒载体被引入到细菌中。工程乳酸菌和遗传修士植物之间发生抗生素抗性转移。为了降低抗性扩散风险，一些不含抗生素抗性基因的标记，如lacZY标记被研发出来。然而，含有抗生素标记的质粒仍然被广泛使用在实验室中。这样，合成质粒载体来源的抗生素抗性基因的环境污染依旧是一个威胁。

本研究检测了环境水样，特别是靠近都市，有人类活动的河流水样中来源于合成质粒载体的药物抗性基因，选择合成质粒载体来源的药物抗性基因内酰胺抗生素bla基因作为对象。该基因编码特异的内酰胺水解酶，是最常用的合成质粒载体标记基因，被用作在抗生素选择压下的展示。

全文链接：13-04-08六条中国河流中源于合成质粒载体的抗药bla基因的调查