插入序列IS26在四环素外排泵基因tet(C)水平转移和差异表达中的作用机制及消减策略
批准号:
52100042
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
石彦红
依托单位:
学科分类:
城市污水处理与资源化
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
石彦红
中文摘要
四环素抗药(tet)基因在环境中普遍分布,且是环境中高丰度的抗药基因之一。转座子和质粒在tet基因的水平转移中发挥了重要作用。我们前期通过筛菌、反向PCR和细菌全基因组测序等方法发现四环素外排泵基因tet(C)由插入序列IS26携带,并可能通过自环化在染色体和质粒之间转移,但是详细的转移机制尚不清楚。本课题将对前期筛选的携带IS26-tet(C)转座子的菌株,通过反向PCR和全基因组测序验证IS26在染色体和质粒之间的水平转移。分别构建IS26和tet(C)缺陷型菌株,通过抗生素耐药表型、定量PCR和细菌全基因组测序等方法揭示IS26对tet(C)基因表达异质性的贡献机制;在此基础上,评价不同压力环境参数对IS26丰度的消减和转座酶表达的抑制效果,并利用最优环境参数处理实际土霉素生产废水,通过宏基因组测序和定量PCR等验证其对转移元件的消减效果,为阻断环境中抗药基因水平转移提供科学支持。
英文摘要
Tetracycline resistance genes (tet) are widely distributed in various environmental niches. Transposon coupled with plasmids might play a key in the horizontal transfer of tet genes. Our previous study has demonstrated that tet(C) was carried by IS26 composite transposon, and could transpose between chromosome and plasmids by forming a circular intermediate. However, little is known about the detailed transfer mechanism of tet(C) in different DNA molecules. Focusing on the mechanism of IS26 in horizontal transfer and differential expression of the tet(C) gene, this study will mainly explore the following issues: (1) to study the transposition of IS26-tet(C) transposon between chromosome and plasmids by inverse PCR and whole genome sequencing; (2) to reveal the differential expression of tet(C) in different hosts via analyzing methylation of the host genome and tet(C), and the expression of IS26 tnpA and tet(C); (3) to establish different environmental parameters (high temperature, anaerobic digestion, UV and chlorine) for removing IS26 and inhibiting the activity of IS26 transposase. This study will provide scientific foundation for establishing the effective technology system to control the spread of antibiotic resistance genes in the environment.
四环素抗药(tet)基因在环境中普遍分布,且是环境中高丰度的抗药基因之一。转座子和质粒在tet基因的水平转移中发挥了重要作用。本研究以携带IS26-tet(C)转座子的菌株为研究对象,考察该转座子在细胞内染色体和质粒之间的水平转移;不同属之间、同属同种之间细菌耐药差异表达的机制;在此基础上,评价高级氧化对tet(C)和IS26基因丰度的消减和转座酶表达的抑制效果,主要取得以下成果:.1. 由转座子IS26-tet(C)携带的tet(C)共在20株菌中检出,且均可自环化。选取两株转座子由质粒携带(Aeromonas media T5-1、T5-27)、两株由染色体携带的tet(C)阳性菌(Stenotrophomonas acidaminiphila T0-18,Comamonas testosteroni T5-67)为研究对象,通过qPCR和对土霉素的耐药性检测,发现tet(C)的拷贝数和表达量与其对土霉素(OTC)的耐药性呈正相关。经一代测序和启动子分析,发现tet(C)和tetR的-10和-35区相嵌分布,且tet(C)和tetR的转录方向相反,所以二者的表达会相互影响。通过细菌全基因组和甲基化分析,发现在T5-1、T5-27、T0-18、T5-67中出现的主要甲基化类型为m6A。通过对tetR-tet(C)操纵子区的GATC识别位点进行分析,共发现9个识别位点,2个在tetR内部,7个在tet(C)内部。.2. 上述四株菌经OTC处理10天,然后在无抗的培养基中恢复10天。结果表明,菌株T5-1和T5-27经OTC处理24小时后,tet(C)、IS26、pAeme2的丰度和表达量增加2-3个数量级,MIC提高2-8倍,去除OTC压力,该菌仍具有很高的耐药能力。由染色体携带的tet(C)和IS26基因无论是在OTC压力条件下还是去除OTC压力,二者的相对丰度、表达量和耐药能力均无显著变化。因此,由质粒携带的IS26-tet(C)转座子在环境中具有更高的传播风险。.3. 经不同剂量的紫外和余氯处理,T5-1 tet(C)、IS26和质粒pAeme2的相对丰度和活性降低了1-3个数量级,高剂量组对耐药基因和质粒的消减和活性的抑制尤其明显。本研究为阻断环境中抗药基因水平转移提供科学支持。
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