铜绿假单胞菌耐药进化中的群体感应及阻控
批准号:
22076167
项目类别:
面上项目
资助金额:
64.0 万元
负责人:
汪美贞
依托单位:
学科分类:
大气污染与控制化学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
汪美贞
中文摘要
微生物耐药是当前全球最严峻的公共健康问题之一。虽然环境耐药近来得到了广泛关注,但其内在机制仍有待深入。本项目拟以环境中广泛存在的铜绿假单胞菌为模式菌株,以微生物细胞间“对话”即群体感应为切入,进行环境微生物耐药的形成机制及阻控研究。通过设定抗生素、非抗生素等典型微污染条件,对比群体感应信号分泌、受体活性、调节产物等差异,阐明群体感应对典型环境微污染的响应规律;通过模拟进化试验,分析群体感应对氧化损伤、DNA损伤的影响及调控,解析环境微生物耐药进化的群体感应机理;通过群体感应淬灭及非淬灭对比,分析群体感应对耐药菌生物膜形成、抗性基因水平转移的影响及调控,探究环境微生物耐药传播的群体感应机制;通过iDynoMiCS和Balaban模型建立,提出环境耐药阻控的群体感应策略。项目实施不仅有助于深入理解环境微生物耐药形成和传播,而且可为耐药阻控提供前瞻性科学依据,具有重要的科学意义和潜在的应用价值。
英文摘要
Microbial antibiotic resistance is one of the most serious public health issues in the world. Although the antibiotic resistance in the environment has received worldwide attentions recently, its fundamental mechanisms still need to be deeply explored. This project will employ Pseudomonas aeruginosa, the universal bacteria in various conditions, as the model strains and take bacterial "dialogue", i.e. quorum sensing, as cutting point, to study the formation mechanism and blocking strategy of microbial antibiotic resistance in the environment. First, the differences of signal secretion, receptor activities and product contents under sub-lethal antibiotics and other pollutants exposures will be compared, with aim to clarify the response law of quorum sensing to typical pollutants in the environment. Second, the influence and regulation of quorum sensing on oxidative damage and DNA damage under simulated evolutionary conditions will be analyzed, with aim to elucidate the quorum sensing mechanism on the evolution of microbial antibiotic resistance in the environment. Third, the influence and regulation of quorum sensing on biofilm formation and horizontal transfer of antibiotic resistance genes under quorum and quorum quenching conditions will be compared, with aim to explore the quorum sensing mechanism on the transmission of microbial antibiotic resistance in the environment. Last but not the least, the iDynoMiCS and Balaban models will be constructed, with aim to propose the strategy for antibiotic resistance blocking based on the theory of quorum sensing. The implementation of this project is not only conducive to understand the formation and transmission of microbial antibiotic resistance in the environment, but can provide forward-looking scientific basis for antibiotic resistance control, which has important scientific significance and potential application value.
微生物耐药是当前最严峻的公共健康问题之一,虽然环境耐药近来得到了广泛关注,但其内在机制仍有待深入。本项目以环境中广泛存在的铜绿假单胞菌为模式菌株,以微生物细胞间“对话”即群体感应为切入,对环境微生物耐药的形成机制及阻控进行了深入研究。取得的重要结果包括:(1)亚致死β-内酰胺类抗生素对铜绿假单胞菌耐药进化的影响机制:在亚致死氨苄青霉素存在的情况下,铜绿假单胞菌发生了显著的耐药进化,且抗生素浓度越高、进化速度越快,在150~300 μg/mL氨苄青霉素处理21天后其MIC更加了15-18倍。这种突变主要与群体感应相关的mpl 和 ampD高频率突变有关,淬灭群体感应RhlIR系统可以显著阻控耐药进化,回补RhlIR系统的信号分子C4-HSL则耐药进化速度与野生株相当。基于此,提出了利用群体感应淬灭剂猪肾酰化酶I阻控铜绿假单胞菌耐受氨苄青霉素进化的策略,加入200mg/L猪肾酰化酶后,耐药水平可以降低50%。(2)亚致死喹诺酮类抗生素对铜绿假单胞菌耐药进化的影响机制:在亚致死环丙沙星长期暴露20d后,铜绿假单胞菌对环丙沙星的MIC上升高达256倍。这主要于群体感应PQS调控的脓青素合成有关。脓青素生物合成增加、细菌的碳代谢受阻、进而能量供给受抑制、细菌进入休眠状态。更确切的是,脓青素合成抑制了丙酮酸脱氢酶的转录,促进持留菌比例上升,提升了细菌耐药水平。基于此,通过添加三羧酸循环的底物丙酮酸,可以重新激活细菌代谢,阻控铜绿假单胞菌耐药进化。(3)亚致死金属材料纳米铂对铜绿假单胞菌耐药进化的影响机制:长期暴露于PtNPs会逆转其对环丙沙星和亚胺培南的耐药性。这主要是由于oprD过表达、外排泵mexEF-oprN受抑,导致胞内抗生素积累。导致这种改变的一个原因是纳米铂可以模拟信号分子使群体感应系统LasIR亢奋表达、进而突变。基于此,我们提出了利用纳米材料反转微生物耐药的策略,反转效率超过85%。该项目不仅深入了揭示了抗生素和非抗生素类环境物质对微生物耐药的影响,而且有助于全球生物污染的防控,具有显著的环境和健康效益。
专题研讨类:微生物与环境污染化学
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批准号:22242014
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项目类别:专项基金项目
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资助金额:10万元
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批准年份:2022
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负责人:汪美贞
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依托单位:
湖南产粮区典型污染物与废弃物多介质环境行为及防控机制
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批准号:U21A20292
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项目类别:--
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资助金额:260万元
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批准年份:2021
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负责人:汪美贞
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依托单位:
之江科学论坛——微生物信号通讯
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批准号:LS21B070001
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项目类别:省市级项目
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资助金额:0.0万元
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批准年份:2020
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负责人:汪美贞
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依托单位:
病原菌群体感应监管(policing quorum sensing)的生理生态机理及分子调控机制
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批准号:31570490
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项目类别:面上项目
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资助金额:63.0万元
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批准年份:2015
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负责人:汪美贞
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依托单位:
群体感应对尼古丁降解菌HF-1环境行为的调控及其机理研究
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批准号:21107095
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:24.0万元
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批准年份:2011
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负责人:汪美贞
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依托单位:
国内基金
海外基金