纳米材料抗菌过程中诱导多重抗生素耐受细菌形成及机制研究

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基本信息

项目摘要

Antimicrobial agents are the primary means of water disinfection and the treatment of infectious diseases. But they have some disadvantage, including the rapid development of antibiotic resistance and producing disinfection byproducts which is toxicity to the human body. This has prompted the development of alternative strategies for new green antibacterial materials. Use of nanoparticles is among the most promising strategies to overcome the shortcomings of traditional antimicrobials. However, our previous study found that nanomaterials can not completely kill the bacteria, and even induce persisters formation, which are with the ability to tolerate multiple antibiotics, and seem to indicate the source of chronic infections. The formation of persisters induced by nanomaterials has become a challenge to use of nanomaterial as antimicrobial. Here, we propose a hypothesis that 'Nanomaterials can induce the formation of multiple antibiotic tolerance bacteria in the process of antibacterial'. In this project, we will observe the processes and conditions of persisters formation in the antibacterial process using nanomaterials and determine the resistance performance of persisters to clarify the rules and factors of persisters formation induce by nanomaterials. And using electron microscopy, fluorescence quantitative PCR, Western-blot, whole-genome expression profiling, functional gene construct technology, we will observe the effect of nanomaterials on the microsurrounding, metabolic and gene regulatory processes of bacteia to clarify the mechanisms of persissters formation induced by nanomaterials. After completing this project,we will gain more wealth of knowledge on bacterial resistance and the behaviors of bacteria at environmental pressure,which will provide technical and theoretical support for the prevention and control of drug resistance and treatment of chronic infections. We can provide theoretical and technical support for application of nanomaterials as antimicrobial agents with the results and technicals established in this project.
抗菌剂是饮水消毒和感染性疾病治疗时使用的主要手段,但是消毒副产物的产生及抗生素耐药的迅速发展,迫使人们寻找新型绿色的抗菌材料。利用纳米材料是克服传统抗菌剂缺点最有前途的策略。然而我们前期研究发现纳米材料并不能完全杀死细菌,甚至诱导具有多重抗生素耐受的持留细菌产生。这是细菌获得耐药性的新机制,也是纳米材料作为新型抗菌剂的严峻挑战。本项目提出"纳米材料抗菌过程中诱导多重抗生素耐受细菌形成"的假说,通过观察抗菌过程中持留细菌形成过程和条件及其耐药性能,阐明纳米材料诱导持留细菌形成条件和规律;利用电镜、定量PCR、Western-blot、全基因组表达谱、功能基因构建等技术观察纳米材料对细菌微环境、代谢及基因调控过程的影响,阐明纳米材料诱导多重抗生素耐受细菌形成机制,丰富耐药性获得知识,提高对环境压力下细菌行为的认识,为防控细菌耐药产生、感染性疾病治疗及纳米抗菌剂的研究与应用提供理论与技术支持。

结项摘要

抗菌剂是饮水消毒和感染性疾病治疗时使用的主要手段,但是消毒副产物的产生及抗生素耐药的迅速发展,迫使人们寻找新型绿色的抗菌材料。利用纳米材料是克服传统抗菌剂缺点最有前途的策略。我们前期研究发现纳米材料并不能完全杀死细菌,甚至会诱导细菌向引起持续感染的多重抗生素耐受的持留细菌转变,这是对纳米材料作为新型抗菌剂的严峻挑战。因此本项目提出“纳米材料抗菌过程中诱导多重抗生素耐受细菌形成”的假说,通过观察抗菌过程中持留细菌形成的过程和条件,阐明纳米材料诱导持留细菌形成条件规律及机制。.本项目建立了基于氧氟沙星和氨苄青霉素筛选的持留细菌测定方法和技术,准确测定混合细菌体系中进入持留细菌的数量,并利用该方法研究了纳米材料作用于模式菌株E.Coli K12后迫使细菌进入持留状态的规律和条件。结果表明常见的纳米Ag、纳米Al2O3、纳米TiO2等具有抗菌和抑菌作用的纳米材料在杀灭细菌的同时能够诱导部分细菌进入持留状态而获得对多种抗生素的耐受。其中纳米Al2O3的作用效果最明显,其能够诱导存活细菌成为持留菌的比例1.98e-4,是未经纳米材料处理的15倍多。同时纳米材料的浓度越多,持留细菌占存活细菌的比例越高;持留细菌的数量随着作用时间的延长先增高后降低;而且纳米材料直径越小产生的持留细菌越多。.我们建立了数学模型研究了纳米材料对细菌的抑制过程,发现纳米材料通过诱导细菌进入持留状态而降低生长速率;细菌明显分化成三类细胞:持留细胞、损伤细胞和死亡细胞,而且随着纳米材料的作用增强持留细胞的比例增加;通过形态学分析进入持留状态的细菌其细胞体积变小、细胞质更致密、细胞膜的褶皱变小;全基因组表达谱分析结果显示主要通过抑制细胞代谢和合成过程,节省必需物质的原材料和能量,从而为细菌的生存积累物质和能量。.本项目的研究结果为纳米材料抗菌剂应用提供理论与技术支持,丰富耐药性获得的知识,提高了人们对环境压力下细菌行为的认识,为防控耐药性的产生提供技术与理论支持。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
纳米TiO2对耐药质粒pBR322转化的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    解放军预防医学杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张坤明;邱志刚;潘文进;张雪莲;刘珊珊;袭著革;李君文
  • 通讯作者:
    李君文
Enhanced uptake of antibiotic resistance genes in the presence of nanoalumina
在纳米氧化铝存在的情况下增强抗生素抗性基因的吸收。
  • DOI:
    10.3109/17435390.2016.1161856
  • 发表时间:
    2016-01-01
  • 期刊:
    NANOTOXICOLOGY
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Ding, Chengshi;Pan, Jie;Li, Junwen
  • 通讯作者:
    Li, Junwen
Aquatic animals promote antibiotic resistance gene dissemination in water via conjugation: Role of different regions within the zebra fish intestinal tract, and impact on fish intestinal microbiota
水生动物通过接合促进抗生素抗性基因在水中传播:斑马鱼肠道内不同区域的作用以及对鱼类肠道微生物群的影响
  • DOI:
    10.1111/mec.14255
  • 发表时间:
    2017-10-01
  • 期刊:
    MOLECULAR ECOLOGY
  • 影响因子:
    4.9
  • 作者:
    Fu, Jialun;Yang, Dong;Li, Jun-Wen
  • 通讯作者:
    Li, Jun-Wen
The Detailed Bactericidal Process of Ferric Oxide Nanoparticles on E. coli.
纳米氧化铁颗粒对大肠杆菌的详细杀菌过程
  • DOI:
    10.3390/molecules23030606
  • 发表时间:
    2018-03-08
  • 期刊:
    Molecules (Basel, Switzerland)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Li Y;Yang D;Wang S;Li C;Xue B;Yang L;Shen Z;Jin M;Wang J;Qiu Z
  • 通讯作者:
    Qiu Z
A new adsorption-elution technique for the concentration of aquatic extracellular antibiotic resistance genes from large volumes of water
一种新的吸附洗脱技术,用于从大量水中浓缩水生细胞外抗生素抗性基因。
  • DOI:
    10.1016/j.watres.2016.01.035
  • 发表时间:
    2016-04-01
  • 期刊:
    WATER RESEARCH
  • 影响因子:
    12.8
  • 作者:
    Wang, Da-Ning;Liu, Lu;Li, Jun-Wen
  • 通讯作者:
    Li, Jun-Wen

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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    夏体娇;金敏;陈照立;王景峰;谌志强;邱志刚;李君文
  • 通讯作者:
    李君文
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    李君文
肝癌患者单个核细胞线粒体DNA拷贝数与抗氧化能力的变化
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    10.13459/j.cnki.cjap.2016.01.001
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    中国应用生理学杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    高园;聂鸿靖;杨栋;丁诚实;金敏;谌志强;邱志刚;郭旋;陈照立;李君文
  • 通讯作者:
    李君文

其他文献

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环境雌激素污染物影响信息素调控的耐药基因接合转移规律和机制
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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