抗生素抗性组学研究进展

组学 方法 的 内涵和研 究 程序 ， 使人 们 对抗 性 以及抗 性 基 因有 了更 进 一 步 的认 识 ， 促 进 国 内开展 相 关 方 为
面 的研究 ， 而研 制新 的抗 菌药物 ， 少抗性 带来 的负面影 响提 供 了参考 ． 进 减
１ 抗生素抗性基因 （ Ｒ ） —一种新型环境污染物 Ａ Ｇｓ —
物体 内， 存在与致病菌相同的抗性基因 ＇ Ｊ这说明 ， Ｒ ｓ ７ ． ’ Ａ Ｇ 在环境 中普遍存在 ， 日益增长 的抗 生素选 而
择压 力加 速 了 Ａ Ｇ Ｒ ｓ的水平 转移 ， 至在 世 界 范 围 内广 泛 传 播 Ｈ 环 境 中的抗 性 菌 可 能会 将 抗 性 基 因转 甚 ． 移到 人体 的病 原 菌 ， 加人 致 病菌 的抗 生 素耐药 性 ， 细菌感 染 性疾 病 的治疗 更 加 棘手 ． 外 ， 带 Ａ Ｇ 增 使 另 携 Ｒｓ
内¨
， 造成抗性基因的传播和扩散． Ｒ ｓ Ａ Ｇ 的存在和快速传播对人类健康及养殖业造成 了很大的威胁．
研 究 表 明 ＪＡ Ｇ 存 在 于各 种环 境 中 ， 括河 流沉 积 物 、 ，Ｒ ｓ 包 灌溉 渠 、 奶 加 工 厂 的 出水 、 水 处理 厂 污 牛 污 水 回用 的排 污渠 以及 饮 用水 处 理 厂 ， 且 人 为活 动干 扰 的环 境介 质 中抗 性 基 因 的浓 度 明显 高 于未 受究 结果 ，ｒｄｎ等 人 首 次 提 出 将 Ａ Ｇ 作 为 一 种 环 境 污染 物 ． Ｒ ｓ 有 持 续 残 基 Ｐｕ ｅ Ｒ ｓ Ａ Ｇ 具 留和广 泛 扩散 的特 点 ， 这些 特点 使其 具有 重 大 的生 态风 险 ， 应 将 Ａ Ｇ 作 为一 类 新 型 环境 污染 物 ， 给 理 Ｒ ｓ 并
ｔ ｉ ｉ ｒｓ ｔｎｅｇｎ ｓ Ｒ ｄ 来 实现 其抗 药性 机 理 的 Ｊ 但 对 于 细菌 ， ｉ ｏ ｃ ｅｉａ ｃ ｅ ｅ ，Ａ Ｇ ） ｂ ｔ ｓ ， 尤其 是 环 境 细 菌抗 性 基 因 的起
源、 分布 和多样 性 ， 尚不 清楚 ． 抗生 素抗 性组 （ ｎｉｉｉ ｒｓｔｍ ） ２０ Ａ ｔ ｏ ｃ ｅｉｏ ｅ 是 ０６年 Ｗｒ ｈ 等 人 提 出 的新 名 词 ， 指 微 生 物 中所 有 抗 生 素 ｂ ｔ ｓ ｉｔ ｇ 是 抗性 基 因的集合 ． 后 ， 性 组学 的方 法 便 广泛 用 来 研究 土 壤 、 粪 、 性 污泥 等 各 种 环境 中 的抗 性 基 此 抗 猪 活 因 ’ ． ５ Ｊ本文综 述 了抗性 基 因污染 持续 残 留和广 泛扩 散 的特 点 ， ’ 并详 述 了抗 性 基 因研 究 的新方 法一 抗 性
第２ 卷 第２ ９ 期
２１ ０ ６月 １年
海 南 大 学 学 报 自 然 科 学 版
ＮＡＴＵＲＡＬ Ｓ ＥＮＣＥ Ｊ ＣＩ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＨＡＩ ＮＡＮ ＵＮＩ ＶＥＲＳ ＴＹ Ｉ
Ｖ １２ ． ｏ ． ９ Ｎｏ ２
Ｊｎ２ １ ｕ ． ０ｌ
文 章 编 号 ：０４—１２ （０ １ ０ １０ ７ ９ ２ １ ）２—０８ ０ １８— ５
研究表明， 用于预防与治疗人类和动物感染 的抗生素 ， 包括促进养殖动物快速增长 的促进剂 ， 只有
１％ 可被 吸收 利用 ， ５ 大约 ８ ％未 被代谢 而 随排 泄物 直 接 排放 至环 境 中 ． ５ 因此 ， 殖废 水 、 院废 水 的排 养 医
收稿 日期 ： ０ １— １ ９ ２ １ ０ —１
抗 生 素 抗 性 组 学研 究进 展
徐 春 燕 ， 建 强 鄢庆 枇 马 英 苏 ， ，
（ ．集美大学 水产学 院， １ 福建省高校水产科学技术与食品安全重点实验室 ， 建 厦门 ３ １２ ； 福 ６０ １ ２ ．中国科学 院 城市环境研究所 ， 城市环境与健康重点 实验 室 ， 福建 厦 门 ３ １２ ） ６ ０ １ 摘 要： 抗生素抗性问题 已成为 当前 国际上 的研究热 点之一 ． 对抗生素抗性 组学的 内涵 、 研究 意义及 国内外
予 足够 重视 ．
２ 抗 生 素 抗 性 组 的 内涵 及 研 究 意 义
以前 ， 抗生 素抗 性研 究 的重 点 在 于 Ｉ 病 原 菌 的 临床
抗性 机 制 ， 是 ， 但 这些 研 究 无 法 分 析 抗 性 基 因 的来 源
和 进化 ． 了解 抗 性基 因 的起 源 和进 化 是 一 项 非 常艰 巨 的任务 ， 目的是 为 了将 来 制 造 出让 细 菌 无 法 产 生抗 性
到 细菌染 色 体上 ， 通 常 不表 达 或 表 达 水平 很 低 的基 但
携 带 的抗 性 基 因相 似 ， 因此 这 ３个 集 合 有 部分 重 叠 ．
因． 体 基 因可 以编 码有 适度 抗 生素抗 性 活性 或 与抗 生素 密 切 相关 的蛋 白质 ， 一 定 的选 择压 力 下 ， 前 在 这种 基 因可 以进 化为 有效 的抗 性 基 因 ， 它们 是抗 生 素抗 性 的最终 外部 来 源． 抗性 组 概念 的提 出对 于 现代 医学 的 发展 具 有 重 要 影 响 ： 先 ， 然 体 内 共 生微 生 物 是 引 起 感染 的 主 首 虽
的药物 ． 广 阔的视 角应 该 是 对 所 有 抗 性 基 因—— 包 更 括病 原 菌 和非病 原 菌 抗性 基 因 ， 至 是 潜 在 的抗 性 基 甚
因进 行研 究 ． ０ ６年 ， ｉｈ 等 人 提 出 将 微 生 物 中 ２０ Ｗｒ ｔ ｇ
所有 Ａ Ｇ Ｒ ｓ的集 合 叫做 抗 生素 抗性 组 （ ｎｉｉｔ ｅｉ Ａ ｔ ｏｉ ｒｓ － ｂ ｃ ｓ
出 基因、 隐秘 的抗 性 基 因 （ ｒｐｉ ｅ ｅｄ ｄ ｇｎ ｓ 以及 秘 的嵌 入 基 因 以及 前 体 基 因 ． 现 在 临 床 病 原 菌 中 的 Ｃ ｙ ｔ ｍｂｄ ｅ ｅ ｅ ） ｃ
有一些 与 隐秘 的抗 性基 因 及抗 生素 生产 者 前体 基 因 （ ｒｃｒ ｒ ｅｅ） 隐秘 的抗 性基 因是 指嵌 人 抗性基 因 ， Ｐｅｕｓ ｎｓ ． ｏｇ
要原 因， 但环境细菌潜在的抗药性要 比共生菌强 ； 另外 ， 临床上发现的抗性很 多都源于环境抗性基 因． 过
去６ ０年 里 ， 菌药 物 的广 泛使 用 已经 为环境 中高抗 性基 因转 移 到病 原 菌提 供 了必要 条 件． 以有 必要 拓 抗 所
宽对 于抗 性基 因的研 究范 围 ， 将抗 性 基 因 的研 究 扩 大 到广 阔 的环 境 中 ， 多地 了解 全 球 抗 性 的 流行 和 多 更
地 区都采用 抗生 素来 实现 追求 产量 、 高经 济效 益 的 目的 ． 提 然而 ， 由于抗 生 素 的大量 使用使 许 多细 菌获 得 了耐药 性 ， 导致 抗 生 素 的治疗 效 果 日益 下 降 ， 多疾 病 许 的救 治显 得越来 越 棘手 ． 近年 来 ， ｌ 医学 领 域 不 断发 生 由抗 生素 抗 药性 造 成 对 一 些 致 病 菌无 法 有 效 控 临床 制 的恶性 事件 ． 实 ， 其 早在 ２ 纪 ６ 代抗 生素 第一 次进 人临 床应 用之 前 ， 分离 到抗性 细 菌． ０世 ０年 就 随着抗 生 素 的使 用 ， 抗性 细菌 在数 量 、 多样性 以及 抗性 强 度 上 都显 著 增 大 Ｊ 目前 ， ． 每种 抗 生 素 在 临 床 的使 用 上 都 有其抗 性 细菌 ， 多重 耐药 菌株 的检 出也 相 当普 遍 ， 甚至 出现 了能 抵抗 绝大 多数 抗生 素 的“ 级细 菌 ” 为滥 超 ， 用抗 生素 敲响 了警 钟． 生素 抗性 已成 为一个 医学难题 ． 究发 现 ， 多细 菌是 通 过抗 生 素抗 性 基 因 （ ｎ 抗 研 许 Ａ—
ｔ ） 图 １ Ｊ致 病菌 携带 的抗 性基 因只 占抗 性 组很 ｏ ｍｅ （ ） ．
图 １ 抗生素抗性组 。 。
注： 抗生 素抗性 组 由所 有 的 Ａ Ｇ 组 成 ， Ｒｓ 包括病 原
小 的一部 分 ， 抗性 组 还 包 括抗 生 素 生 产 者携 带 的抗 性 菌携带 的抗性基 因 、 素生产 者携带 的抗性基 因 、 抗生 隐
研究进 展进行 了综述 ， 论述 了宏基 因组学技 术在抗性组学研究 方面的应用 ， 并 这有助于促进 国内开展相 关方
面 的研 究 ．
关键词 ： 抗生素抗性 ；抗生素抗性基 因； 抗生 素抗性组 学 ； 宏基 因组学
中 图 分 类 号 ：Ｘ １ １ ７ 文 献 标 志 码 ：Ａ
抗 生 素是 ２ 纪最重 要 的 医学 发 现之 一 ， ０世 自其 被 发现 以来 ， 它在 医疗 领 域得 到 了广 泛 的 应 用 ， 控 对
第 ２期
徐春燕等 ： 抗生 素抗 性组学研究进展
放 可导 致环 境 中的抗 生素 浓度 升 高 ， 而 诱 导 抗性 基 因 ； 外 ， 期 使 用 抗 生 素 的人 类 和动 物 ， 体 内编 从 另 长 其 码 的抗 性基 因的抗 性 菌株也 随 肠道 细 菌 被排 出体 外 ， 性 基 因也 随之 进 入 环境 ． 药抗 生 素 和 医用 抗 生 抗 兽 素诱 导 出的抗性 基 因是 环境 中抗 性 基 因 污染 的主 要来 源 ， 随着 抗 菌 药 物 的 开发 和使 用 ， 性 基 因在 抗 生 抗 素 的选 择压 力 下得 到进 化 ， 编 码 的产 物 对新 药 的耐 药 性逐 渐 增 加 ． 些 抗 性 基 因具 有 很 高 的迁 移性 和 其 这 活性 ， 通 过可 移动 遗传 元件 ， 可 如质粒 、 座子 、 合子 及基 因组 岛 等 ， 同种 甚至 于 不 同种 菌 株 问水 平转 转 整 在 移， 使得 抗性 基 因在 环境 中广 为传 播 ， 成二次 污 染 ｎ ． 种方 式 获 得 的抗 药 性 机率 高 ， 成 后 较稳 定 ， 造 ＇］这 形 是 引起抗 药 性传 播 的主要 原 因 … ． 究 表 明 ， 研 一些 未受 人 类 影 响 的偏 远 地 区以及 未 施 用抗 生 素 的人或 动