ISME J！杨秋娥&周顺桂 | 家蝇肠道微生物组在抗生素抗性基因扩散中的关键作用：多样性与传递机制研究
政务
2024-09-10 09:00
湖北
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2024年7月20日，福建农林大学的杨秋娥教授和周顺桂教授在The ISME Journal上发表了题为“Housefly gut microbiomes as a reservoir and facilitator for the spread of antibiotic resistance”的研究论文。该研究探讨了家蝇（Musca domestica）肠道微生物组在抗生素抗性基因（ARGs）传播中的作用。通过单细胞分选、16S rRNA基因扩增子测序和全基因组测序，研究人员发现携带mcr-8基因的E. coli供体菌株可以在家蝇肠道内定殖并维持五天，但未检测到明显的基因转移事件。体外实验显示，mcr-8质粒在多种细菌门（Pseudomonadota和Bacillota）中具有较高的转移频率。研究背景：抗生素抗性（AMR）已成为全球健康的重大挑战，抗性基因不仅存在于人类病原体中，也广泛分布于动物和环境细菌中。尽管过度使用和滥用抗生素是抗性基因扩散的主要驱动力，但通过共轭质粒的水平基因转移（HGT）也显著加剧了这种情况。家蝇因其广泛存在和与人类环境的紧密联系，被认为是潜在的抗性基因载体和储存库。理解家蝇肠道微生物组在抗性基因传播中的作用对于制定有效的防控策略具有重要意义。
一、家蝇肠道中mcr-8质粒的定殖能力：研究发现，携带mcr-8基因的E. coli供体菌株可以在家蝇肠道内定殖并维持五天。然而，研究人员通过流式细胞术检测到的基因转移事件低于检测阈值（10^-5每细胞），表明在家蝇肠道内基因转移的实际发生率较低（图1a, 1b）。这意味着尽管家蝇肠道环境可以容纳抗性基因，但其在自然条件下的转移效率有限。![]()
二、mcr-8质粒在体外实验中的高转移频率：在体外实验中，mcr-8质粒展示了较高的转移频率，特别是在Pseudomonadota和Bacillota等细菌门中（图1c）。具体转移频率范围为4.1×10^-3到5.0×10^-3每细胞，表明在适宜的实验条件下，质粒能够高效地在不同细菌间传播。这为理解抗性基因在环境中扩散提供了重要数据。三、质粒转移对临床相关病原菌的影响：研究进一步分析了质粒转移的受体菌群，发现Providencia stuartii，一种人类机会性病原体，是mcr-8质粒的主要受体菌（图2）。这种细菌具有高转移频率，并能够将mcr-8质粒转移给其他临床相关病原菌（如Klebsiella pneumoniae）。这表明家蝇肠道内的抗性基因可以通过多种细菌宿主传播至人类病原体，增加了抗性基因在人类病原体中的传播风险。![]()
四、质粒在不同细菌宿主中的稳定性和适应性：研究还发现，mcr-8质粒在不同细菌宿主中的适应性和稳定性存在差异。例如，在Providencia stuartii宿主中，质粒展示了较低的适应性和较高的丢失率（图4a, 4b）。然而，在Klebsiella pneumoniae和Escherichia coli宿主中，质粒的适应性较高，转移频率也显著增加（图4c）。这表明不同细菌对质粒的适应性差异可能影响抗性基因的长期传播。![]()
创新点和意义：该研究首次结合荧光标记法和传统培养方法，揭示了家蝇肠道内mcr-8质粒的快速转移能力，特别是在Providencia细菌中。这些发现表明，家蝇可能在抗性基因从环境到人类病原体的传播中发挥重要作用，强调了采用“一体健康”方法来制定感染控制政策的必要性。
不足和展望：该研究的一个局限在于仅探讨了mcr-8质粒在家蝇肠道内的体外转移，未能在体内模型中观察到转移事件。这可能是由于肠道内的特定环境条件或宿主因素影响了质粒的转移效率。未来研究应进一步评估其他抗性质粒在不同微生物群落中的转移能力，并探讨环境因素如饮食和抗生素压力对质粒转移效率的潜在影响。研究技术总览：该研究使用了单细胞分选、16S rRNA基因扩增子测序、全基因组测序、流式细胞术、共聚焦激光扫描显微镜、基因组单核苷酸多态性（SNPs）分析等多种技术手段，系统地研究了mcr-8质粒在家蝇肠道内的传播机制。原文链接：https://doi.org/10.1093/ismejo/wrae128微昆界投稿邮箱：weikunjie2024@163.com
