咪唑类离子液体促进抗生素抗性基因水平转移及机理研究

Antibiotic resistance genes (ARGs) can be disseminated among microorganisms between different species or genera of bacteria through horizontal transfer. The influence and mechanism of the selective pressure caused by environmental pollutant on the horizontal transfer of ARGs remains unclear. Based on our previous research, the freshwater microcosm and pure bacteria system were setup to explore the mechanism of imidazolium ionic liquids (ILs) exerting a selective pressure to facilitate the horizontal transfer of ARGs. Furthermore, to construct experimental model on conjugative transfer and natural transformation mediated by plasmid. The influence and mechanism of imidazolium ILs on conjugative transfer and natural transformation of ARGs were mainly focused, which containing influence of imidazolium ILs on bacterial extracellular polymeric substances (EPS) and the interaction, influence of imidazolium ionic liquids on bacterial cell membrane permeability and membrane potential as well as bacterial morphology. This study will contribute to enrich the environmental risk of ARGs and ILs, and to provide the reference on evaluation and control of ARGs pollution.

抗性基因在细菌种属之间发生水平转移是造成抗生素抗性基因在环境微生物中传播扩散的主要原因，而环境污染物所产生的选择性压力对抗生素抗性基因水平转移扩散的影响及机理尚不清楚。在前期研究的基础上，本项目拟选取不同侧链烷基链长度的咪唑类离子液体这一潜在环境污染物作为选择性压力，分别运用构建微宇宙水环境体系和纯菌体系相结合的方法，进一步深入研究咪唑类离子液体促进抗性素抗性基因水平转移的机理。通过构建以质粒介导的纯菌体系抗性基因接合和转化模型，研究咪唑类离子液体对细菌胞外聚合物的影响及相互作用，考察咪唑类离子液体对细菌细胞膜通透性、膜电位和细菌形态学的影响，从分子层面阐明咪唑类离子液体影响抗生素抗性基因水平转移扩散的机理。该研究将丰富抗生素抗性基因和离子液体的环境风险理论，为抗生素抗性基因的污染预防提供理论依据。

本研究构建了不同侧链烷基链长度咪唑类离子液体作为环境选择性压力下，以质粒为载体的抗性基因水平转移（接合和转化）体系模型。通过定量PCR技术，以多重耐药质粒RP4为指示标志物，动态追踪抗性基因在离子液体暴露的微宇宙水环境水平转移体系中的归趋。研究发现抗性基因含量随咪唑类离子液体侧链烷基链长度增长而增加，而对四环素外排泵基因(tetA，tetB，tetC, tetE)含量的影响程度最大。在接合转移体系中，流式细胞仪研究发现在0-1.0 g/L浓度范围内，细菌细胞膜通透性随离子液体浓度的增加而增强；胞外聚合物中蛋白的含量随离子液体浓度（0-1.0 g/L）的增加而增加，在高浓度组离子液体暴露下，体系内胞外聚合物中蛋白含量有所降低。运用傅里叶红外光谱分析了离子液体影响细菌胞外聚合物的主要吸收峰及相应的功能基团，阐明了接合转移体系中离子液体暴露使细菌胞外聚合物分子基团的偶极矩发生了改变，且分子偶极矩变化随离子液体浓度的增加而增大。该研究从潜在环境污染物咪唑类离子液体结构的角度，从抗性基因的接合转移和转化两种机理入手，阐明了咪唑类离子液体促进抗生素抗性基因水平转移扩散的分子机理。该研究成果将丰富抗生素抗性基因和离子液体的环境风险理论，为抗生素抗性基因的污染预防提供理论依据。