納米氧化鋁引起裸耐藥基因轉移至大腸桿菌K12及其機制研究.pdf

1、納米材料的污染和耐藥基因的擴散正日益成為全球公共健康的威脅。當納米材料和耐藥基因（antibiotic resistance genes，ARGs）相遇，它們會如何相互作用？納米材料是否能夠協(xié)助死亡菌體釋放的耐藥基因進入活的菌體細胞從而引起耐藥基因的擴散？
　　本項目采用抗性篩選法研究不同尺寸、不同濃度氧化物對不同濃度、不同種類耐藥基因水平轉移入不同菌株細胞的影響。結果表明納米氧化物顆粒，特別是納米氧化鋁（nano-Al2O3）能

2、夠促進耐藥基因的水平轉移。與大腸桿菌K12相比，大腸桿菌HB101是一種易于耐藥基因轉化的菌株，能夠攝入更多的耐藥質粒，所以我們推斷轉化是納米顆粒促進耐藥基因水平轉移的方式之一。同時，這種促轉移作用與耐藥質粒和納米顆粒的結合有關，所以納米顆?？赡茌d帶耐藥質粒進入菌體細胞，然后緩慢釋放。
　　本文證明納米氧化鋁能夠顯著促進質粒介導的耐藥基因轉化，包括進入革蘭氏陰性大腸桿菌和革蘭氏陽性金黃色葡萄球菌（質粒需修飾），而尺寸大的氧化鋁顆粒

3、無此作用。在適宜條件下菌體細胞與納米氧化鋁相互作用，每100 ng耐藥質粒能夠獲得7.4×106個大腸桿菌轉化子，或者2.9×105個金黃色葡萄球菌轉化子。
　　納米顆粒的濃度、質粒濃度、菌體細胞數(shù)目、材料與菌體細胞的作用時間、渦旋混勻時間等因素都會影響轉化效率。我們進一步探討了現(xiàn)象背后的機制。
　　通過原位雜交和掃描電鏡觀察，結果表明納米氧化鋁可損傷細菌細胞膜，致其產生孔洞，耐藥基因可通過孔洞進入細胞?；钚匝踝杂苫╮ea

4、ctive oxygen species，ROS）檢測實驗、轉錄組基因芯片分析和實時定量聚合酶鏈式反應結果表明內源性活性氧自由基可能損傷細胞膜，SOS（Save Our Ship，SOS）應答促進了耐藥基因的轉化。
　　抗生素的濫用使環(huán)境中耐藥基因和耐藥菌大規(guī)模爆發(fā)，帶來了人和動物的公共健康問題。我們的前期研究結果表明在我國主要河流中不僅能檢測到天然的耐藥基因，也發(fā)現(xiàn)了人工合成的耐藥基因。研究表明：在水中納米顆粒能夠顯著促進質粒R

5、P4、RK2、pCF10介導的耐藥基因接合轉移。本研究證實納米顆粒通過結合和致密壓縮耐藥基因從而保護其抵抗核酸酶Hind III、Hinc II、Sal I、Sty I、Nco I、Nde I和DNase I的降解，并作為載體參與耐藥基因的轉移。這種結合與納米顆粒的濃度、兩者作用時間、離子種類和濃度有關?；诩t外光譜、紫外光譜和原子力顯微鏡分析，我們推測納米氧化鋁幫助耐藥基因抗酶解的機制為：納米顆粒導致的致密壓縮改變了耐藥基因分子的結構

6、。
　　在緊密結合在一起抗酶解的同時，氧化鋁納米顆粒能夠載帶耐藥質粒進入菌體細胞。本研究首次發(fā)現(xiàn)納米氧化鋁顆粒的這種載帶功能，我們稱之為轉導?；蛐酒D錄組分析和實時定量PCR探討了其分子機制。在合適條件下菌體細胞與nano-Al2O3-pBR322復合物相互作用，每100 ng耐藥質粒能夠獲得3.5×104個大腸桿菌轉化子。與納米氧化鋁結合的耐藥質粒越多，耐藥基因的轉移率就越高。轉導作用的分子機制可能為：納米氧化鋁載帶耐藥質?？?/p>

7、膜轉運時，引起細胞應答反應，抑制關鍵的代謝基因rdgB、glyA、pgm、accC、deoD、pgi、aspC等的表達，為細胞節(jié)省能量和物質。上調polB、recN、ruvA、uvrB、uvrD、dinG等SOS應答基因，促進耐藥基因的復制與表達。
　　氧化物特別是氧化鋁納米顆粒能夠通過轉化和轉導方式促進耐藥基因的水平轉移，其機制可能為氧化損傷。采用數(shù)學模型分析了不同方式在不同時間點的比重變化，結果表明隨著納米顆粒與細胞作用時間的