微波或紫外辐射降低气载大肠杆菌抗生素抗性基因水平转移风险的机制

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点击次数:369 更新时间:2022年05月22日15:21:08 打印此页 关闭

第一作者:Azhar Ali Laghari (天津大学)

其他作者:刘力铭,Dildar Hussain Kalhoro,陈鸿,王灿

通讯作者:王灿

通讯单位:天津大学

DOIhttps://doi. 10.3390/ijerph19074332 


文章摘要

抗生素耐药细菌(ARB)和抗生素抗性基因(ARGs)作为新型污染物被排放到环境中,增加了水平基因转移(HGT)的风险。然而,很少有研究人员研究过空气中ARB失活对HGT风险的影响。本研究主要研究了空气中大肠杆菌CICC 10667(携带sul基因)的失活以及ARG的释放和去除。此外,采用大肠杆菌GMCC 13373和大肠杆菌DH5α,分别以质粒RP4为受体和供体,研究了微波(MW)和紫外(UV)照射下HGT传递频率的潜在机制。比较了MWUV照射下ARG去除率和HGT频率。MW获得的ARG去除效率(85.5%)高于UV去除效率(48.2%)。释放给受体的气载ARGsHGT频率(0.008)降低,并且低于紫外线照射下(0.014)。此外,质粒RP4从供体转移到存活的受损大肠杆菌CICC10667,因为细胞通透性(反向转移)在高HGT频率下增加。此外,sul1sul2基因被证实比sul3基因对MW更具抗性。这些发现揭示了受损大肠杆菌CICC10667与周围环境微生物之间HGT的机制。微波是一种有前途的技术,用于消毒空气中的微生物并防止抗生素耐药性的传播。

研究背景

作为一场影响公共卫生和生态环境的全球危机,抗生素耐药性(AR)是由医学,水产养殖和畜牧业领域过度使用和滥用抗生素引起的。医院环境中的病原体通常具有耐药性,对人类健康构成重大风险。近年来,在地表水中广泛检测到抗生素耐药细菌(ARBs)和抗生素抗性基因(ARGs),严重威胁饮用水的安全性。如果不立即采取行动,预计到2050年,AR每年将导致多达1000万人死亡。

含有细胞内DNAiDNA)的总DNAtDNA)以及细胞外DNAeDNA)的降解因ARG水平的增加而突出。eDNA是由于细菌完整性的丧失和活细菌的有效释放而获得的,而iDNA检测到一小部分细菌。当有益于ARGseDNA分泌到环境中时,其他细菌受体通过水平基因转移(HGT)利用裸eDNA,因此ARGS的传播发生在跨物种的细菌中。此外,一些受损细菌在分散感染后具有高细胞膜通透性,并迅速同化来自敏感供体的排出的ARG或质粒,成为ARB。然而,有限数量的研究已经确定了ARB消毒过程中的HGT,并且没有研究将微波(MW)和紫外线(UV)空气传播消毒技术与HGT进行比较。因此,迫切需要实用和有前途的技术来减少ARG富集和灭活ARB

在这项研究中,基于吸收材料(MAMs)的MW处理与UV照射在灭活ARBARG方面的性能进行了比较。研究了MWUVARG释放和降解的能量损耗(EE/O)性能。我们首次研究了大肠杆菌CICC10667(含sul基因)ARGs释放到环境中受体(正向转移)的空气中HGT频率以及MWUV照射后质粒RP4从环境中传递的受伤大肠杆菌CICC10667sul)的生存能力。

研究方法

1 实验装置及流程


图文总结

2 基于MAMs在不同功率输出下对各种菌株大肠杆菌(CICC10667)、大肠杆菌(GMCC13373)和大肠杆菌DH5α的灭活性能


在该研究使用三种类型的大肠杆菌菌株进行测试,如图2所示。这一结果表明,不同的细菌对紫外线具有不同程度的耐受性。携带RP4质粒的大肠杆菌DH5α在UV处理过程中对降解更敏感,大肠杆菌CICC 10667比其他菌株更容易被MW降解。

3 在(aMW或(bUV照射,不同输出功率下正向和反向传输频


使用不同的消毒技术,包括基于吸收材料的MW辐照或UV照射,用于比较各种功率输出下的正向(从受损的大肠杆菌CICC10667释放到环境受体中的ARGs)和反向(质粒RP4从环境细菌到存活受损大肠杆菌CICC10667)传递频率。在这项研究中,与UV相比,MW显着降低了发射到受体中的ARG的正向HGT频率。相比之下,反向转移频率高于UV下的反向转移频率,因为供体质粒RP4用于转移存活的受伤大肠杆菌CICC10667细胞,增加了细胞通透性。