氧气水平变化的决定性影响在塑造抗生素耐药性的形成上

科学领域:

• 环境微生物学环境微生物学
• 分子生物学分子生物学
• 公共卫生 公共卫生

背景情况:

• 抗生素耐药性基因 (ARG) 构成公共卫生威胁,而抗生素选择性压力加剧了这种威胁.
• 亚抑制性抗生素诱导了依赖于溶解氧 (DO) 水平的活性氧物种 (ROS).
• ROS介导的ARG出现,DNA损伤和代谢变化之间的联系尚未完全理解.

研究的目的:

• 为了研究抗生素耐药性的动态,微生物组的变化,和病原体分布在不同的氧气条件下 (高氧,正常,低氧).
• 阐明氧气水平,ROS生产,DNA损伤和ARG出现之间的分子联系.
• 探索氧气操纵对缓解抗生素耐药性的潜力.

主要方法:

• 使用实验室规模的生物反应器,使用活性污泥的复合注射剂.
• 暴露微生物群落在高氧 (5-7毫克L-1),正常 (2-4毫克L-1),低氧 (0.5-1毫克L-1) 条件下,使用尖抗生素.
• 采用RT-qPCR和元基因组分析来量化ARG,排泄,DNA修复基因和催化酶/超氧化物失变酶基因.

主要成果:

• 过氧条件 (5-7 mg L-1) 显示ARG计数增加 (100.98 ppm) 和多药物排泄的丰富 (acrAB, mexAB).
• 低毒性条件 (0.5-1毫克L-1) 导致总ARG减少 (0.11 ppm) 和减少int1丰度.
• 优先病原体的患病率在高氧症 (22.5%) 中显著增加,但在低氧症 (0.9%) 中下降.
• 在高氧化,抗生素尖端的条件下观察到增加的ROS (10.4μmol L-1),超氧化解突变酶和DNA修复基因,这表明氧化应激诱导的突变发生.
• 在低氧条件下酶的占主导地位可能会限制氧化损伤和ARG增殖.

结论:

• 氧气水平显著影响抗生素耐药性的动态和病原体的流行.
• 过氧症通过氧化应激和DNA损伤促进ARG丰富和病原体生长.
• 低氧减少ARG和病原体,可能通过限制氧化应激.
• 控制氧气水平为缓解抗生素耐药性的发展提供了一个新的策略.