土壤中戊唑醇残留引致的烟曲霉对三唑类抗真菌药物抗药性及其机制

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烟曲霉(Aspergillus fumigatus)对医用三唑类抗真菌药物如伊曲康唑、伏立康唑和泊沙康唑的抗性问题日益突出,是导致侵袭性曲霉病(Invasive aspergillosis,IA)临床治疗失败的主要原因,其抗性来源和相关机制备受关注。为了探究农用三唑类化合物的使用与烟曲霉抗药性之间的潜在联系,本文在确认医院周边环境土壤中抗性烟曲霉存在的基础上,探究了不同种植条件下戊唑醇使用可能导致的诱导烟曲霉抗药性及其抗性机制,同时通过大规模、随机采样分析了农田土壤中烟曲霉流行性与唑类杀菌剂残留水平之间的潜在联系,主要研究结果如下:(1)2018年从杭州市医院周边绿化带采集64份土壤样品,分离出烟曲霉菌株134株,其中有14株表现出三唑类医药抗性,抗性烟曲霉分离率为10.4%(10/134)。分别有4、3和3株分离获得的抗药性烟曲霉携带泛唑类抗性突变TR46/Y121F/T289A、TR34/L98H/S297T/F495I和TR34/L98H。无突变菌株H-237和H-258对三唑类药物的抗药性可能与靶标基因cyp51和外排泵基因Afu MDR3及Afu MDR4的过量表达有关。另外,通过对比2014至2018年同地点的抗性烟曲霉分离结果,发现杭州市医院周边土壤环境中抗性烟曲霉比例在五年间上升了1.2倍,抗性菌株的突变机制也在逐年增加。(2)以戊唑醇制剂为底物,模拟田间不同种植环境(开放环境、模拟露地,O;封闭、模拟温室,SG)、施药间隔期(7和14 d)、施药剂量(推荐剂量,R;双倍推荐剂量,DR)在土壤中诱导潮霉素标记的野生型烟曲霉菌株(H-2002-2)。野生型烟曲霉菌株H-2002-2在戊唑醇选择压下共诱导出11株对三唑类医药产生交叉抗性的菌株,分别有2株、4株、2株、3株来自于DRO-7、DRSG-7、DRO-14、DRSG-14处理组。11株抗性烟曲霉菌株中均不存在cyp51A突变,可能存在其它抗性机制。上述抗性烟曲霉全部来自双倍推荐剂量处理组,表明高剂量戊唑醇的使用易诱导烟曲霉产生抗药性。与模拟露地环境相比,模拟温室土壤中分离得到的抗性烟曲霉数量更多,表明温室条件下戊唑醇的使用诱导产生抗药性烟曲霉的风险更高。(3)土壤中由戊唑醇诱导得到的11株抗性烟曲霉中,菌株HP-139和HP-155对伏立康唑、伊曲康唑和泊沙康唑的交叉抗性可以稳定遗传,其余9株菌株经过连续15代的恢复培养后恢复到敏感性水平。RT-q PCR结果表明菌株HP-139和HP-155对三唑类医药的抗性可能与cyp51A、Afu MDR2、Afu MDR3、Afu MDR4等基因的过量表达有关。(4)田间露地及温室种植条件下,探究戊唑醇的常规施用(1.5倍推荐剂量,间隔期14 d)对土壤-作物系统中烟曲霉敏感性的影响。施药后,从土壤-作物系统中分离到18株抗药性烟曲霉,其中:露地种植环境中共分离到10株,分别有4株、2株、2株和2株来自番茄土壤、小番茄土壤、番茄叶片和小番茄叶片;温室种植环境中分离到8株抗性烟曲霉,分别有6株和2株来自番茄土壤和小番茄土壤。这18株抗性烟曲霉菌株中,11株表现出伏立康唑抗药性,14株表现出伊曲康唑抗药性,14株表现出泊沙康唑抗药性。cyp51A扩增结果显示8株菌株存在三种cyp51A突变,分别是TR34/L98H、TR34/L98H/S297T/F495I和T289A。与露地种植环境相比,温室土壤中抗性烟曲霉分离数量相对较多,这与室内模拟实验结果相一致。以上结果表明戊唑醇的使用促进了抗性烟曲霉的进化,特别是温室种植条件下戊唑醇的使用很可能更有利于抗性烟曲霉的发展。(5)随机采集华东六省份水稻收获后的农田土壤样品1772份,分析了农业土壤中常用的5种代表性唑类杀菌剂(戊唑醇、丙环唑、苯醚甲环唑、己唑醇和咪鲜胺)残留浓度与抗性烟曲霉流行率之间的潜在联系。结果表明67.3%、15.2%、12.3%、2.9%、1.5%、0.4%和0.3%的土壤样品中唑类杀菌剂总残留量分别为0-100、100-200、200-400、400-600、600-800、800-1000和>1000 ng/g。在唑类杀菌剂总残留量为0-100、100-200、200-400、400-600、600-800、800-1000和>1000ng/g的土壤样品中,可以分离到唑类抗性烟曲霉的样品比例分别为2.4%、5.1%、6.4%、7.7%、7.4%、14.3%和20.0%。Poisson分析表明土壤中抗性烟曲霉的流行率与总唑类杀菌剂残留水平极显著相关(P<0.0001)。
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