基于代谢组学的铜绿假单胞菌耐药机制及相关代谢通路研究

Pseudomonas aeruginosa is a major pathogen which causes nosocomial infections with high resistance to antimicrobial agents.In this study, isogenic P. aeruginosa will be isolated from patients before(β-lactam-susceptible) and and after(β-lactam -resistant) the treatment of β-lactams. Metabolite profiles comparison of biofilm and planktonic cells with antibiotics at subinhibitory concentration and without antibiotics will be performed using metabonomic methodology such as gas chromatography-Mass Spectrometer (GC-MS)、liquid chromatography- mass spectrometry (LC-MS)and nuclear magnetic resonance (NMR), respectively. And function of open reading frame（ORF）is also determined by metabonomic methodology. This will provide metabonomic data for the produciton and transmission of resistance for Pseudomonas aeruginosa and be helpful for finding the reasons for failure of treatment in infections caused by P. aeruginosa. Combined with the data of genomics and proteomics , metabolic pathways and biomarkers related to resistance and biofilm will be screened. This study will help to improve the antibiotic treatment strategies for preventing the emergence and dissemination of resistance. New targets can be found which may provide us a theoretical basis for the development of new antibacterial drugs.

铜绿假单胞菌是主要的院内感染菌，对抗生素的耐药形势严峻。本课题以最贴近临床的角度，采用GC-MS、LC-MS及NMR结合的代谢组学方法，系统探讨临床上敏感的铜绿假单胞菌在治疗无效变成耐药菌的过程中，在无抗生素及亚抑制浓度的β-内酰胺类抗生素作用下，菌株在浮游状态和生物膜状态下细菌代谢谱的变化，并通过对可移动元件开放读码框架（ORF）功能的确认，为铜绿假单胞菌耐药性的产生和传播机制提供代谢组学数据，从代谢组学的角度探讨临床抗生素治疗失败的原因，结合基因组学和蛋白组学筛选与耐药及生物膜相关的代谢通路和代谢标记物，为临床合理选用抗生素，防止耐药性的产生和传播提供理论依据，也为寻找新的抗菌药物作用靶点，开发新的抗菌药物提供理论基础。

作为主要的院内感染菌，铜绿假单胞菌所导致的感染治疗十分棘手，而大规模的抗生素的使用导致其对抗生素的耐药形势严峻。铜绿假单胞菌常以生物膜的形式存在，生物膜对外界环境和抗生素的抵抗能力显著增加，从而导致治疗难度增加。在治疗过程中，抗生素也作为细菌生存环境中的信号分子导致细菌的生理特点发生改变。本研究主要采用1H NMR 的代谢组学方法，探讨β-内酰胺类抗生素治疗前后菌株（治疗前为敏感株，治疗后为耐药株）在浮游和生物膜状态下以及在β-内酰胺类抗生素存在的条件下，菌株代谢组学的变化。研究结果显示，铜绿假单胞菌在治疗前（敏感菌）、治疗后（耐药菌）以及菌株在亚抑制浓度β-内酰胺类抗生素存在的条件下，不管是在浮游状态还是生物膜状态均存在代谢轮廓差异，浮游状态和生物膜状态，其代谢差异更大。敏感菌与耐药菌相比，在浮游状态醋酸盐、乳酸盐、谷氨酸盐、赖氨酸、苯基丙氨酸等代谢物有显著差异；在生物膜状态下羟嘌呤醇、醋酸盐、谷氨酸盐、缬氨酸、亮氨酸等代谢物有显著差异；在亚抑制浓度β-内酰胺类抗生素存在的条件下，代谢物的种类和浓度也发生变化。我们将通过进一步分析代谢组学结果，通过筛选出来的差异代谢物，构建代谢通路，以期筛选和寻找新的药物靶点。