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抗生素是人类医学史上的巨大发现,除临床使用外,在预防和治疗动物传染性疾病和促进动物生长等方面也具有重要的作用,此外,抗生素被大量地应用于农业和养殖等领域,并通过畜禽与水产养殖废水废物以及生产企业的工业废水废料排放、粪便农用等多种途径进入环境中,随着抗生素在各行各业的频繁使用甚至是长期滥用,越来越多的细菌对抗生素产生了耐药性。细菌耐药性的来源有两个途径,为自身基因突变和耐药基因的获得,其中耐药基因的获得的主要方式是质粒的接合转移。为了解决细菌耐药问题,人们尽量减少传统抗生素的使用并且寻找更好的替代品,例如纳米银因其抗菌性能高,且不产生细菌耐药性等优点,被广泛的应用于生产和生活等诸多领域。研究表明,纳米银和抗生素联合使用可以提高药效,这亦是一种减少传统抗生素用量的方法。然而,两者的联合使用对抗生素抗性基因(AntibioticResistanceGenes,ARGs)形成和传播的影响尚不明确。
因此,本文以环境常见微生物大肠杆菌(Escherichiacoli,E.coli)为模式生物,研究了磺胺(Sulfonamides,SAs)、磺胺增效剂(Sulfonamidepotentiators,SAPs)以及纳米银单一和联合作用对大肠杆菌RP4质粒接合转移以及突变的影响,对于洞悉抗生素及其抗性基因的环境污染、风险评价具有重要的意义。主要研究内容和结果如下:
(1)测定了12种磺胺(SQ、SSZ、SMR、SPY、SMX、SCP、SD、SM、SMM、SDX、SMP、SMZ)、3种磺胺增效剂(DVD、OMP、TMP)和纳米银(AgNPs)单一暴露对大肠杆菌RP4质粒接合转移的影响,以及纳米银(AgNPs)分别与12种SAs以及3种SAPs二元联合作用下对大肠杆菌RP4质粒接合转移的影响,结果表明12种磺胺、3种磺胺增效剂及纳米银能促进大肠杆菌RP4质粒的接合转移作用。
(2)研究了12种磺胺(SQ、SSZ、SMR、SPY、SMX、SCP、SD、SM、SMM、SDX、SMP、SMZ)、3种磺胺增效剂(DVD、OMP、TMP)和纳米银(AgNPs)对大肠杆菌的耐药突变的影响,实验结果表明磺胺对大肠杆菌的突变效应的影响,可能是由于作用于叶酸合成通路的SAs具有对大肠杆菌的突变促进效应,从而影响了大肠杆菌的突变率。另外,3种磺胺增效剂均会促进大肠杆菌的突变效应,3种SAPs对突变频率促进率MPmax由大到小依次为DVD>TMP>OMP。纳米银(AgNPs)的突变频率促进率MPmax其所对应的浓度是2.22E-7mol/L。
(3)研究了磺胺对大肠杆菌RP4质粒接合转移效应、大肠杆菌突变效应与毒性效应的相关性,从结果来看,磺胺对大肠杆菌RP4质粒的接合转移效应、突变效应均与其对细菌生长的毒性效应有较好的相关性,且磺胺与纳米银混合物的接合转移联合效应(RU)、突变联合效应(MU)与联合毒性效应(TU)之间的线性回归结果表明,磺胺与纳米银联合暴露下,接合转移效应、突变效应与毒性效应之间依然具有较好的相关性。
本文开展了不同浓度抗生素及纳米银对抗生素抗性基因产生和传播的规律的研究,有利于我们更全面的认识和了解抗菌剂及抗性基因的环境效应和危害,为抗菌剂的环境风险和管理提供理论依据和技术支持。
因此,本文以环境常见微生物大肠杆菌(Escherichiacoli,E.coli)为模式生物,研究了磺胺(Sulfonamides,SAs)、磺胺增效剂(Sulfonamidepotentiators,SAPs)以及纳米银单一和联合作用对大肠杆菌RP4质粒接合转移以及突变的影响,对于洞悉抗生素及其抗性基因的环境污染、风险评价具有重要的意义。主要研究内容和结果如下:
(1)测定了12种磺胺(SQ、SSZ、SMR、SPY、SMX、SCP、SD、SM、SMM、SDX、SMP、SMZ)、3种磺胺增效剂(DVD、OMP、TMP)和纳米银(AgNPs)单一暴露对大肠杆菌RP4质粒接合转移的影响,以及纳米银(AgNPs)分别与12种SAs以及3种SAPs二元联合作用下对大肠杆菌RP4质粒接合转移的影响,结果表明12种磺胺、3种磺胺增效剂及纳米银能促进大肠杆菌RP4质粒的接合转移作用。
(2)研究了12种磺胺(SQ、SSZ、SMR、SPY、SMX、SCP、SD、SM、SMM、SDX、SMP、SMZ)、3种磺胺增效剂(DVD、OMP、TMP)和纳米银(AgNPs)对大肠杆菌的耐药突变的影响,实验结果表明磺胺对大肠杆菌的突变效应的影响,可能是由于作用于叶酸合成通路的SAs具有对大肠杆菌的突变促进效应,从而影响了大肠杆菌的突变率。另外,3种磺胺增效剂均会促进大肠杆菌的突变效应,3种SAPs对突变频率促进率MPmax由大到小依次为DVD>TMP>OMP。纳米银(AgNPs)的突变频率促进率MPmax其所对应的浓度是2.22E-7mol/L。
(3)研究了磺胺对大肠杆菌RP4质粒接合转移效应、大肠杆菌突变效应与毒性效应的相关性,从结果来看,磺胺对大肠杆菌RP4质粒的接合转移效应、突变效应均与其对细菌生长的毒性效应有较好的相关性,且磺胺与纳米银混合物的接合转移联合效应(RU)、突变联合效应(MU)与联合毒性效应(TU)之间的线性回归结果表明,磺胺与纳米银联合暴露下,接合转移效应、突变效应与毒性效应之间依然具有较好的相关性。
本文开展了不同浓度抗生素及纳米银对抗生素抗性基因产生和传播的规律的研究,有利于我们更全面的认识和了解抗菌剂及抗性基因的环境效应和危害,为抗菌剂的环境风险和管理提供理论依据和技术支持。