人体及家畜肠道细菌耐药基因谱及耐药基因传播途径和来源的分析

Antibiotic resistance in pathogenic bacteria is the most serious problem facing today for clinical treatment of infectious disease. The antimicrobial drug resistance is determined by the resistance genes, which are generated by bacteria gene mutation and horizontal gene transfer between them. Therefore, to investigate the mutations drug resistance genes and horizontal gene transfer of resistant genes will help us to better understand the mechanism by which the drug resistance is emerged, and to have a better control on the propagation and spread of these genes. Currently, more than 20,000 antibiotic resistance genes have been characterized, and these genes are categorized into 380 genotypes that correspond to 249 antibiotics, meaning that there are more than one genotype for one anitbiotic. Because the human and animal guts contain a large number of microbes bearing antibiotic resistance genes, we intend to construct metagenomic libraries of human and animal gut microbes to explore the antibiotic resistance genes. We will screen genes that are functionally resistant to six generic antibiotics used in clinical treatment by function based screening method. Positive clones are submitted to DNA sequencing to identify the resistant genotypes. By comparing the human and animal gut origin resistance genes to discover their evolutionary relationship, through which to illustrate the relationship of human and animal gut drug resistant bacteria and to further explore the influence of widely used antibiotics in animal on human gut drug resistant bacteria.

耐药细菌是目前临床传染病治疗面临的最严重问题。耐药细菌的产生一般被认为是临床滥用抗生素的后果，而对农用抗生素滥用的后果则知之甚少。耐药细菌的耐药性质是由耐药基因决定的，它的产生主要源于基因突变和基因横向转移。目前已知的耐药基因有二万多个，分属380种不同的基因型，对应249种抗生素。人体和动物肠道细菌携带有数量庞大的耐药基因，其耐药基因（型）谱的差异可直接反映人和动物使用抗生素的情况。为深入了解农用抗生素在动物饲料中广泛使用所产生的大量耐药细菌对临床治疗的影响，本课题将采用克隆文库的方法规模化构建多个人类和动物肠道细菌的基因组克隆文库，通过功能基因筛选方法筛选针对六种临床常用抗生素的耐药基因，并分别进行DNA测序以鉴别耐药基因型；将人类肠道来源与动物肠道来源的耐药基因型进行比对分析，发现它们之间的进化关系，解析人类肠道耐药细菌与动物肠道耐药细菌的关系，阐明农用抗生素对临床耐药细菌的影响。

养殖环境中大量出现的耐药基因和耐药菌株，对环境造成了严重的危害。这些耐药基因和耐药细菌在不同生态系统间交叉传播，最终将进入到人体中，给人类传染病的治疗带来极大的困难。然而，目前多数研究侧重于耐药基因的检测和监测，尤其是对临床耐药细菌的研究，而对于畜牧养殖环境中大量的耐药基因如何影响人类健康，又是通过怎样的途径传播到人体，以及人体肠道细菌耐药基因与家畜动物肠道及养殖场环境中耐药基因的关系研究较少。本研究拟通过比较分析阐释人体肠道微生物耐药基因谱及耐药基因传播途径和来源。本研究的实施将从分子水平揭示抗生素耐药基因在环境和人体肠道中的扩散和传播规律，对于评价抗生素耐药基因的生态风险十分必要，对评估、减轻或控制基因污染对生态环境和人体健康造成的危害具有重要意义。.通过基因组学、宏基因组学、生物信息学等分析手段，本项目在人体及动物肠道菌群耐药基因的传播途径和来源等方面取得了一系列重要成果：1）在国际上首次揭示了不同国家人群的肠道细菌耐药基因谱，发现了人体肠道耐药基因与养殖动物抗生素使用的关联性；2）利用自主设计的抗生素耐药基因芯片，发现了人体肠道菌群中耐药基因的多样性随个体年龄的变化规律；3）对不同环境来源的细菌基因组进行大规模分析，揭示了高风险耐药基因在人体、动物、环境中传播和扩散的影响因素；提出了食物链传播途径在人体及动物细菌耐药基因传播中的重要作用。这些研究结果为耐药基因的传播规律、抗生素的合理使用、政策法规的制定等提供了重要的理论依据。.本项目相关研究成果得到国内外广泛关注。目前已发表论文8篇，其中包括Nature Communications等在内的SCI论文6篇，非SCI论文1篇，中文核心期刊论文1篇。在本项目资助的基础上，所在实验室成立了“病原微生物耐药与耐药基因组学北京市重点实验室”，建立了一支细菌耐药基因研究的人才队伍。