红树林湿地微生物对典型抗生素污染的响应及耐药基因的筛选、克隆

Mangroves are important ecosystems located in tropical and subtropical regions. However, they are highly threatened ecosystems of anthropogenic influence, being exposed to many different pollutants. The interaction between mangrove microorganisms and environmental pollutants has become an important issue in recent years.Although numerous studies of microbial degradation of pollutants have been conducted in mangrove area, however, in those studies, researches were mainly focused on polynuclear aromatic hydrocarbons or oil. In the proposed project, we will investigate the changes of the mangrove bacterial community structure under antibiotics stress condition using high throughput sequencing technology.In addition,we will screen novel extended-spectrum β-lactamases genes using quantitative PCR, multiple PCR, cultivation methods and metagenomics technology. The present study will add useful informations to pollution ecology theory of mangroves and will provide useful novel ideas for treating bacterial resistance to β-lactam antibiotics.

红树林湿地是位于海陆过渡地带的特有生态系统，在防风消浪、维护热带亚热带海岸的生物多样性等方面发挥着重要的作用。近年来，由于人类生产和生活活动的加剧，红树林这一重要的生态系统正承载着来自陆源和海洋各种化学物的污染重负。红树林湿地微生物和环境污染物之间的相互作用是当今的研究热点。针对红树林湿地，国内外学者在多环芳烃、石油等污染物的微生物降解方面进行了大量的研究，然而，有关湿地微生物和抗生素污染之间相互作用的研究甚少。本项目拟综合运用新一代高通量测序技术、荧光定量PCR、多重PCR、基因组文库等多种分子生物学技术和微生物培养技术研究红树林沉积物细菌群落对典型β-内酰胺类抗生素污染的响应、寻找敏感响应指标；查筛未知的超广谱β-内酰胺酶基因、阐明其结构和功能。本项目研究成果将为红树林湿地污染生态学理论的完善积累关键数据，同时，将为解决β-内酰胺类抗生素正面临的严峻的细菌耐药性问题提供新的思路和途径。

红树林湿地生态系统是海陆过渡地带的一道亮丽风景线，在防风消浪、保护人类健康及维护热带亚热带海岸的生物多样性等方面发挥着重要的作用。然而，近年来，由于人类生产和生活活动的加剧，在陆源和海洋双重来源多种污染物的重负下，世界多地的红树林生态系统已处于严重退化的严峻形势。虽然国内外学者在红树林湿地已经开展了大量的污染生态学研究，但研究焦点均集中在多环芳烃、石油等污染物的微生物降解方面。迄今为止，红树林湿地抗生素污染生态学的相关研究还甚少。本项目通过对红树林湿地细菌群落响应数种典型β-内酰胺类抗生素污染过程的研究，揭示了其细菌群落对数种典型抗生素污染的响应规律，筛选并确定了敏感生物响应指标。为进一步探明实际生境中，红树林湿地微生物在抗生素等多种复杂污染负担下所发生的群落结构及基因功能的变化，本项目还运用高通量测序、宏基因组文库和生物信息学等技术，开展了红树林湿地及红树林湿地在水产养殖、生活污水等不同污染类型暴露下，其细菌群落的精细结构、基因功能的变化研究，阐明了其物种多样性、基因功能及代谢通路的差异；通过对海量基因的筛查，获得了在承受不同污染的负担下，红树林湿地生态系统中主要耐性基因的基因序列、耐性基因的类型、耐性基因的耐药机制以及耐性基因的归属等重要的生物学信息。本项目研究结果为红树林湿地生态系中抗生素污染生态学的进一步深入开展奠定了重要基础，为红树林湿地生态系统污染学大数据库的完善积累了关键数据，为明确环境中耐性基因的多样性演变及传播的复杂生物学过程和机制提供了线索。