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【成果】我院硕士生刘永杰等在WR杂志上发表不同抗生素作用靶点的抗生素耐药菌在光催化氧化作用下的应激响应机制方面的最新学术论文
2022-04-20 08:46     (阅读)

近日,广东工业大学环境健康与污染控制研究院、环境科学与工程学院安太成教授团队题为《Response mechanisms of different antibiotic-resistant bacteria with different resistance action targets to the stress from photocatalytic oxidation》的学术论文在国际水质学会会刊Water Research (2022, 218: 118407)杂志上发表。论文的第一作者为硕士生刘永杰,第二作者为博士生蔡仪威,通讯作者为安太成教授和王保强教授。该研究主要关注了不同抗生素作用靶点的抗生素耐药细菌(ARB)在光催化氧化作用下的应激响应机制,揭示了不同抗生素作用靶点的ARB在光催化氧化作用下出现耐受性和诱导抗生素抗性基因(ARGs)产生水平基因转移差异的主要原因。该研究为光催化氧化灭活环境水体中的ARB和阻碍ARGs的传播提供了更详细的见解。

论文DOI:https://doi.org/10.1016/j.watres.2022.118407

抗生素的发现使其成为控制细菌生长的主要手段之一。然而,抗生素的滥用导致多种抗生素耐药菌(ARB)的出现。ARB的快速增加与抗生素抗性基因(ARGs)在环境中的持续传播密切相关。ARGs的水平基因转移促进了多重耐药菌的出现,这对环境和人体健康构成了严重的威胁。因此,对环境水体采取适当的消毒措施以阻止或减少ARBARGs的传播是必要的。然而,传统的消毒方法如氯化、臭氧和紫外消毒并不能完全去除ARBARGs,甚至在某种程度上促进了ARGs在环境水体中的传播。因此,开发并更好地应用一种高效的消毒方法如光催化氧化技术十分必要。本研究对涉及所有抗生素作用靶点的ARB进行UVA-TiO2多相光催化氧化诱导,系统地研究光催化氧化对不同抗生素作用靶点的ARB应激响应的影响,揭示了不同抗生素作用靶点的ARB在光催化氧化条件下的应激响应机制,并阐述了不同抗生素作用靶点的ARB在光催化氧化作用下出现耐受性和诱导ARGs产生水平基因转移差异的主要原因。基于所获得的结果为光催化氧化在环境水体中灭活ARB和阻碍ARGs的传播提供了详细的见解。

本研究结果表明:ARBUVA-TiO2多相光催化氧化作用下会引起抗生素作用靶点的应激响应机制,导致灭活效率、抗生素抗性、细胞形态、ARG接合转移、抗氧化酶和细胞分子蛋白的差异。E.coli DH5ɑ (TET)E.coli DH5ɑ (SMZ)针对蛋白质和叶酸合成的应激响应机制可以通过相关抗生素作用靶点基因的过度表达快速诱导全局调控,通过介导各种应激响应形成一种交叉保护机制,增强了对不利环境的耐受性。此外,细菌细胞的光催化氧化灭活机制和细胞应激机制的分级反应导致抗生素抗性作用靶点的应激机制强度差异,导致作用在细胞壁靶点的E.coli DH5ɑ (CTX)和作用在细胞膜靶点的E.coli DH5ɑ (PB)的耐受性强于作用在DNA靶点的E.coli DH5ɑ (NAL)和作用在RNA靶点的E.coli DH5ɑ (RA)

论文网址https://authors.elsevier.com/sd/article/S0043-1354(22)00363-3

图文摘要:

论文的英文摘要附如下:

ABSTRACT

The stress response of antibiotic-resistant bacteria (ARB) and the spread of antibiotic resistance genes (ARGs) pose a serious threat to the aquatic environment and human beings. This study mainly explored the effect of the heterogeneous photocatalytic oxidation (UVA-TiO2system) on the stress response mechanism of ARB with different antibiotic resistance action targets, including the cell wall, proteins, DNA, RNA, folate and the cell membrane. Results indicate that the stress response mechanism of tetracycline- and sulfamethoxazole-resistantE. coliDH5α, which targets the synthesis of protein and folate, could rapidly induce global regulators by the overexpression of relative antibiotic resistance action target genes. Different stress response systems were mediated via cross-protection mechanism, causing stronger tolerance to an adverse environment than other ARB. Moreover, the photocatalytic inactivation mechanism of bacterial cells and a graded response of cellular stress mechanism caused differences in the intensity of the stress mechanism of antibiotic resistance action targets.E. coliDH5α resistant to cefotaxime and polymyxin, targeting synthesis of the cell wall and cell membrane, respectively, could confer greater advantages to bacterial survival and higher conjugative transfer frequency thanE. coliDH5α resistant to nalidixic acid and rifampicin, which target the synthesis of DNA and RNA, respectively. This new perspective provides detailed information on the practical application of photocatalytic oxidation for inactivating ARB and hampering the spreading of ARGs in the aquatic environment.

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