【摘 要】
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抗生素耐药菌的发展和流行已对全球公共卫生构成严重威胁。随着抗生素耐药水平的持续升高,迫切需要进行新型抗菌制剂的开发及其生态安全性评估。贵金属纳米材料(Noble metal-based nanomaterials,NMNs)作为新型抗菌剂,正被大量研制并用于医疗、生活等各种抗菌领域。值得注意的是,目前关于这些新型抗菌剂的抗菌效果以及对抗生素耐药的影响信息仍十分有限,将不利于其研发及安全利用。基于此
【基金项目】
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国家重点研发计划(2018YFE0110500); 国家自然科学基金(21876155和21906145);
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抗生素耐药菌的发展和流行已对全球公共卫生构成严重威胁。随着抗生素耐药水平的持续升高,迫切需要进行新型抗菌制剂的开发及其生态安全性评估。贵金属纳米材料(Noble metal-based nanomaterials,NMNs)作为新型抗菌剂,正被大量研制并用于医疗、生活等各种抗菌领域。值得注意的是,目前关于这些新型抗菌剂的抗菌效果以及对抗生素耐药的影响信息仍十分有限,将不利于其研发及安全利用。基于此,本文选取常见的致病菌金黄色葡萄球菌、表皮葡萄球菌、大肠杆菌、铜绿假单胞菌为代表,探究两种典型的NMNs(纳米铂Pt@NPs与纳米钯Pd@NPs)的抗菌效果及其对抗生素耐药进化的影响及机制。这些研究将不仅有利于合理开发并应用抑菌贵金属纳米材料,而且有助于推进NMNs环境风险评估,且可为抗生素耐药阻控提供参考。所得主要结果如下:(1)铜绿假单胞菌对NMNs具有固有抗性,且其抗性与群体感应有关。12.5 mg/L的Pt@NPs与Pd@NPs可分别杀死52%和70%的金黄色葡萄球菌,对大肠杆菌的致死率亦有41%和60%,但对铜绿假单胞菌的致死率仅为0%和15%;进一步分析显示,NMNs通过与PAO1中的Las R蛋白的信号结合区相互作用,上调了las R基因的表达,导致生物膜的大量产生,从而抵抗了由NMNs类氧化酶作用产生的ROS水平,表现出了对NMNs的抗性。(2)NMNs的长期暴露,可以诱导PAO1对阿奇霉素产生耐受性,且该耐受与生物膜形成有关。12.5 mg/L浓度的NMNs长期暴露,使PAO1对阿奇霉素的耐受性分别提升了1.3倍和2倍;进一步分析显示,这是由于NMNs激活了铜绿假单胞菌的群体感应,使得群体感应调控的生物膜形成基因flg M表达提升了2.8倍,增加了生物膜形成、提高了生物膜的致密性,从而使得铜绿假单胞菌获得了对阿奇霉素的耐受能力。(3)NMNs的长期暴露,可以诱导PAO1对环丙沙星更加敏感,且该敏感性进化与群体感应系统调控的III型分泌系统有关。将铜绿假单胞菌持续暴露在12.5 mg/L的NMNs中60 d,使得其对环丙沙星的IC50从0.33mg/L下降到了0.05 mg/L,敏感性提高了5.5-6.6倍;进一步分析显示,在长期进化过程中,NMNs激活了铜绿假单胞菌的Las IR回路,las R的过表达,使得exsA表达显著上调3.4倍,敲除las R后,III分泌系统表达下降了0.4倍,菌株的IC50升至0.45 mg/L,即NMNs通过群体感应影响了exsA调控III型分泌系统的过表达,驱动了PAO1对环丙沙星的敏感性进化。
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