AI-2群体感应对禽致病大肠杆菌耐药性的调控机制研究

The long-term overuse of antibiotics in poultry breeding industry resulted in decreasing susceptibility of the avian pathogenic Escherichia coli (APEC) to antibiotics and brought a great challenge for the routine antimicrobial therapy. Therefore, it is important to investigate the mechanism of the occurrence and transfer of the antibiotic resistance of E. coli. Searching of the new target for treatment of antibiotic-resistant E. coli has a great meaning for medical control of the APEC strain. Quorum sensing (QS) is a process of cell-cell communication widely present in bacteria. In E. coli, autoinducer2 (AI-2) is the main QS signal molecule which has been produced. However, in multi antibiotic- resistant E. coli, whether AI-2 is related to the pathogenesis and antibiotic resistant gene expression has seldom been reported. Our previous work found that the AI-2 QS system up-regulated the tem transcription in antibiotic-resistant E. coli strain isolated from dairy cow. In addition, this regulation relies on the function of the intracellular AI-2 receptor LsrR. Based on the previous work, this study will further investigate how the AI-2 QS system affects the antibiotic resistance of the APEC strain with the presence of different kind of antibiotics, aiming at finding the new drug target and providing new clues for the common antimicrobial treatment.

抗生素的长期使用已使得禽致病性大肠杆菌的耐药性不断增强，成为当今养殖业面临的重要难题，通过研究大肠杆菌耐药的发生与转移的调控机制，寻找新的防治耐药大肠杆菌的潜在药物靶点，对控制禽致病性大肠杆菌耐药菌株的感染具有十分重要的意义。群体感应系统是普遍见于各类细菌的重要调控系统，Autoinducer2(AI-2)是大肠杆菌产生的主要群体感应信号分子，但在多重耐药的致病性大肠杆菌中，AI-2与其致病性及耐药基因的表达调控是否有关联，学术界鲜有报道。我们的前期研究发现AI-2群体感应系统能够上调畜源耐药大肠杆菌青霉素类耐药基因tem的表达水平，该调控与AI-2在胞内的受体LsrR直接相关。本项目拟以前期研究为基础，利用微生物学、分子生物学等研究手段，深入探寻在不同抗生素压力下，AI-2群体感应对禽致病大肠杆菌耐药性的影响及调控机制，为发现潜在药物靶标及探寻辅助抗生素治疗的新思路提供重要的实验依据。

致病性大肠杆菌的耐药性不断增强是当今畜禽养殖业面临的重要难题之一，多重耐药禽致病大肠杆菌常给家禽养殖带来重大损失，通过研究禽致病大肠杆菌大肠杆菌耐药的产生与调控的分子机制，寻找新的防治耐药大肠杆菌的潜在新的药物靶标基因，对控制禽致病性大肠杆菌耐药菌株的感染具有十分重要的意义。群体感应系统是普遍见于各类细菌的重要调控系统，Autoinducer2(AI-2)是大肠杆菌产生的主要群体感应信号分子，在多重耐药的禽致病性大肠杆菌中，AI-2及其胞内受体蛋白LsrR与耐药基因的表达调控是否有关联有待探求。本研究发现群体感应信号分子AI-2通过下调叶酸合成酶基因folA和folC的转录增强禽致病大肠杆菌对复方新诺明的敏感性，发现该调控是通过产物反馈抑制效应下调叶酸合成相关基luxS、metE和metH的转录而降低叶酸的合成而实现。此外，本项目的另一部分工作证实AI-2的受体蛋白LsrR能够通过特异性结合外排泵基因mdtH的启动子区域抑制多重药物外排泵MdtH的表达，进而降低禽致病大肠杆菌对环丙沙星、诺氟沙星、氧氟沙星和四环素等抗生素的敏感性。通过本项目的研究工作，拓展了对禽致病大肠杆菌耐药性的调控机制的认识，结合本实验室之前在针对奶牛致病大肠杆菌中群体感应于耐药性的研究工作，可以较为系统地帮助我们认识畜禽致病大肠杆菌通过感应自身菌群密度，进而响应环境中的抗生素压力，实现自身对抗生素耐性调控的分子机理。本研究可为寻找防治APEC的潜在药物靶标以及探寻辅助抗生素治疗APEC感染的新思路提供了重要的实验基础和科研依据。在本项目的资助下，共发表了11篇标注本项目资助的SCI论文，分别发表在Poultry Science、Avian Pathology、Journal of Dairy Science等期刊，所有论文项目负责人均为通讯作者，从事本项目相关工作的2名博士生1名硕士生顺利毕业。