基于群體感應信號分子的抗菌劑對發(fā)光菌毒性的影響機制及預測模型.pdf

1、抗生素作為一種廣譜性抗菌藥物被廣泛應用于醫(yī)療、畜牧業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)等領域。然而，由于抗生素濫用及含抗生素廢棄物的不合理處置，使環(huán)境中抗生素分布范圍廣度與環(huán)境范圍濃度均日益提高。由于抗生素具有低劑量、持久性等一系列暴露特征，引發(fā)的抗性基因的產生給人類生存環(huán)境帶來威脅，因而尋求抗生素替代品的需求日益迫切。隨著抗生素替代品的提出及研究，如群體感應抑制劑(Quorum Sensing Inhibitor，QSIs)，作為抗生素替代品被廣泛研究，或與抗

2、生素聯合運用于醫(yī)療，可以預期在環(huán)境中，QSIs將與抗生素共存。然而，針對現階段研究提出的群體感應抑制劑作為抗生素替代品的方案，其環(huán)境效應與環(huán)境生態(tài)風險影響等尚不明確。Vibrio fischeri作為一種生活在廣闊海洋中的發(fā)光細菌，其產生的細菌群體感應信號分子C6(N-(3-oxo-hexanoyl)-L-Homoserine lactone)、C8(N-octanoyl-homoserine lactone)在環(huán)境中也存在相應分布，但

3、是目前為止，對于環(huán)境中存在的C6、C8信號分子對抗菌劑作用于發(fā)光菌時的生物效應的影響的研究仍然很少。
　　交叉現象是指根據單一污染物毒性試驗數據用現有模型預測的劑量效應曲線與實驗獲得的污染物聯合作用劑量效應曲線之間存在交點（一個或者多個）的現象，可為判別化合物之間的聯合作用類型提供很好的依據，近年來被廣泛研究。然而目前為止，交叉現象出現的機制尚不明確。
　　本文以Vibrio fischeri為模式生物，磺胺類抗生素SMP、

4、群體感應抑制劑類C30和群體感應信號分子C6、C8為研究對象，測定了C6、C8對抗生素和群體感應抑制劑單一和聯合毒性效應（0-24h）及其基于IA模型的交叉現象的影響。
　　研究發(fā)現：
　　(1)信號分子C6對SMP、C30單一和聯合作用于發(fā)光菌時的毒性效應有抑制作用，這是因為C6可與LuxR蛋白結合，啟動luxICDABEG的表達，因而促進發(fā)光菌的發(fā)光。
　　(2)低濃度的C8對SMP、C30單一和聯合作用于發(fā)光菌時

5、的毒性效應為抑制，高濃度的C8對SMP、C30單一和聯合作用于發(fā)光菌時的毒性效應在0-12 h為抑制，13-24 h為促進，這是因為隨著細菌自身分泌的C6增多，外源C8會跟C6競爭結合LuxR蛋白，使C6對發(fā)光菌的刺激作用減小。
　　(3)C6會使SMP、C30聯合作用于發(fā)光菌時出現交叉現象的濃度點增大，而C8使SMP、C30聯合作用于發(fā)光菌時出現交叉現象的濃度點減小，這是因為C6、C8屬于發(fā)光菌的兩條不同的群體感應系統，C6屬于

6、LuxI/LuxR系統，C8屬于AinS/AinR系統，在群體感應系統中C6比C8先發(fā)揮作用，而C8很大一部分作用是當C6濃度不足時，作為補充與LuxR蛋白結合，從而C6有使SMP+C30的聯合毒性表現為拮抗的傾向，而C8有使SMP+C30聯合毒性表現為協同的傾向。
　　另外，面對當今污染物復雜多樣、長時間暴露的嚴重情形，開展慢性毒性的研究就變得至關重要，然而目前對于急慢性毒性預測模型的研究大都為經驗的選擇，缺少基于急性與慢性毒性

7、作用機制比較的理論依據，因此本文采用LitR蛋白的Ebinding與Ka/Kc擬合的方法，建立了不同化合物同一個QSAR的從急性毒性預測慢性毒性的模型。研究發(fā)現，LitR與靶蛋白之間有很好的相關性，這使得運用LitR的Ebinding代替靶蛋白的Ebinding與logKc/Ka進行擬合有了可行性。
　　本文的研究結果不僅為抗菌劑聯合作用的生態(tài)毒理評估和環(huán)境風險評價提供理論依據，而且還為交叉現象形成機制的進一步探索提供數據支撐和理