水产养殖环境中ISCR元件介导的抗生素抗性基因水平传播及生态风险

Antibiotic resistance genes (ARGs) as an emerging environmental pollution has been an important factor in hazards to human health. ISCR elements, as a kind of novel gene-capturing system in bacteria, are considered to be an efficient horizontal transmission media after plasmid, transposon and integron. Aquaculture environment is an important source of ARGs in which ISCR elements are likely to play an important role in ARGs horizontal transmission. At present, distribution of ISCR elements in environmental bacteria is rarely reported and study of transmission mechanism of ARGs in aquaculture environment is not yet in-depth. The proposed project intends to investigate ISCR element-mediated antibiotic resistance genes horizontal transmission and its ecological risk in antibiotic resistance bacteria screened from aquaculture environment in Yantai area.The objectives are mainly: ① distribution and role of ISCR elements in aquaculture environment; ② relationship between ISCR elements and plasmid-mediated antibiotic resistance genes; ③ ecological risk of ISCR element-mediated antibiotic resistance gene horizontal transmission in aquaculture environment. Results will be helpful to understand the ISCR elements distribution and multi-drug resistant genes pollution in aquaculture environment, reveal the ARGs horizontal transmission mechanism and provide a theoretical basis for controling on the spread of antibiotic resistance genes at molecular level in the future.

抗生素抗性基因ARGs作为一种新型环境污染物，已成为危害人类健康的重要环境因素。插入序列共同区域ISCR元件是细菌中新发现的一种基因捕获系统，被认为是继质粒、转座子及整合子之后ARGs水平传播的高效媒介。水产养殖环境是ARGs的重要污染源，ISCR元件很可能在ARGs的传播扩散中发挥着重要作用。目前有关环境细菌中ISCR元件的分布鲜有报道，水产环境中ARGs传播机制的研究尚不深入。因此本项目拟以烟台地区水产养殖环境中筛选的耐药菌株为研究对象，开展ISCR元件介导的抗生素抗性基因水平传播及生态风险研究，内容包括①水产环境细菌中ISCR元件的分布及作用；②ISCR元件与质粒介导的耐药基因的关系；③ISCR元件介导的耐药基因水平传播的生态风险。结果将有助于了解水产养殖环境中ISCR元件分布及其介导的多重耐药基因污染情况，揭示ARGs水平传播机制,并为将来从分子水平控制ARGs的播散提供理论依据。

抗生素抗性基因ARGs作为一种新型环境污染物，已成为危害人来健康的重要环境因素。插入序列共同区域ISCR元件是细菌中新发现的一种基因捕获系统，被认为是继质粒、转座子及整合子之后ARGs水平传播的高效媒介。水产养殖环境是ARGs的重要污染源，ISCR元件很可能在ARGs的传播扩散中发挥着重要作用。目前有关环境细菌中ISCR元件的分布鲜有报道，水产环境中ARGs传播机制的研究尚不深入。本研究以烟台地区水产养殖环境样品及分离的耐药菌株为研究对象，通过PCR、克隆测序、宏基因测序及PCR-mapping等方法检测水产环境细菌中ISCR元件的分布及作用、ISCR元件与质粒介导的耐药基因的关系以及ISCR元件介导的耐药基因水平传播的生态风险。结果表明：① 养殖环境及海洋生物体内均已存在一定程度的抗生素抗性基因污染；int1、ISCR1及ISCR2分布广泛，存在多重抗性MDR的危险；②筛选的101株海洋耐药菌株，AK、FFC、LEV、CIP及S3等5种抗生素的耐药菌株比例均在90%以上，其中AK菌株耐药率达到100%；耐药菌株数相对较少的其它4种抗生素，耐药菌株比例均大于70%；sul1基因在菌株中出现频率(94%)最高，其次为floR (89%)，ISCR1和ISCR2的阳性率相当，分别为83%和81%，其它几种耐药基因在菌株中出现频率较低；ISCR1元件及其连锁基因均为阳性的菌株比例分别为：(ISCR1+qnr)33%、(ISCR1+sul1)79%、(ISCR1+armA)19%；ISCR2元件及其连锁基因均为阳性的菌株比例分别为：(ISCR2+floR)76%、(ISCR2+tet)75%；不同抗生素耐药菌株，耐药基因分布模式差异明显，ISCR1和ISCR2阳性菌株对9种抗生素的耐药率均在60%以上；③ PCR-mapping检测到3种ISCR-sul1连锁结构、3种ISCR-qacE△1连锁结构、1种ISCR2-floR连锁结构及2种ISCR2-sul2连锁结构。研究表明养殖环境ISCR1与ISCR2及多重耐药分布普遍，发现ISCR元件与多重耐药基因与多重耐药基因的连锁结构，在渔业致病菌中也有存在，因而应充分关注其生态风险。