水環(huán)境中四環(huán)素抗性基因的研究進(jìn)展

摘 要：四環(huán)素是一種廣譜性抗生素，自問(wèn)世以來(lái)，被廣泛用于抑制細(xì)菌感染及養(yǎng)殖業(yè)中促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)。而在水體環(huán)境中普遍檢測(cè)到耐四環(huán)素的細(xì)菌和抗性基因，使水體環(huán)境成為四環(huán)素抗性基因的儲(chǔ)存庫(kù)和傳播介質(zhì)。文章就目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于水環(huán)境四環(huán)素抗性基因的研究現(xiàn)狀做以總結(jié)，并在此基礎(chǔ)上指明下一步研究需要關(guān)注的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：四環(huán)素；四環(huán)素抗性基因；水環(huán)境；耐藥菌株

引言

四環(huán)素是一種廣譜性抗生素，通過(guò)結(jié)合于30s核糖體并抑制氨酰tRNA進(jìn)入mRNA的核糖體復(fù)合物的受體位點(diǎn)，從而最終抑制微生物體內(nèi)蛋白質(zhì)的合成，對(duì)革蘭氏陽(yáng)性和革蘭陰性菌都具有抑制作用。因其具有廣譜抗菌活性，被用于治療細(xì)菌感染和畜牧業(yè)中作為添加劑促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)。

環(huán)境中的四環(huán)素污染物可誘導(dǎo)細(xì)菌產(chǎn)生四環(huán)素抗性基因tet，并使染色體基因發(fā)生突變的抗性菌株被選擇保留下來(lái)。相反，某些抗性機(jī)制還可以對(duì)抗性菌株提供更高適應(yīng)度的補(bǔ)償，使其比敏感菌能更好的在于環(huán)境中維持。另外，由于四環(huán)素基因位于可移動(dòng)的遺傳結(jié)構(gòu)，使得四環(huán)素耐藥性細(xì)菌的迅速蔓延，四環(huán)素抗性基因在不同細(xì)菌種群間傳播。

目前，四環(huán)素抗性基因頻繁的從不同水體環(huán)境中被檢測(cè)出來(lái)，因此已作為控制自然環(huán)境中抗性基因的一個(gè)關(guān)鍵決定因素。對(duì)ARGs研究最多的也是四環(huán)素抗性基因，文章就國(guó)內(nèi)外研究的最新成果做以綜述，并在此基礎(chǔ)上指出了下一步還需要解決的問(wèn)題。

1 水環(huán)境中四環(huán)素抗性基因研究現(xiàn)狀

1.1 四環(huán)素抗性基因的種類(lèi)及耐藥機(jī)制

迄今為止，已從不同的細(xì)菌中檢測(cè)出了至少有38種四環(huán)素抗性基因，其中23種四環(huán)素抗性基因編碼外排蛋白，可將四環(huán)素排出細(xì)胞外，從而降低細(xì)胞內(nèi)藥物濃度起到保護(hù)作用，如tetA、tetB、tetC、tetD、tetE、tetG、tetH、tetJ、tetK、tetL、tetV、tetY、tetZ、tetA/P等；11種四環(huán)素抗性基因編碼核糖體保護(hù)蛋白，保護(hù)蛋白與核糖體結(jié)合引起核糖體構(gòu)型改變，使四環(huán)素不能與其結(jié)合，如tetM、tetO、tetQ、tetS、tetT、tetW、tetB/P等；3種基因能抑制酶活性，如tetX等；1種基因的抗性機(jī)制目前尚不清楚，如tetU。在這幾種抗性機(jī)制中，外排泵蛋白和核糖體的保護(hù)的蛋白質(zhì)（RPPs）占主要機(jī)制。

目前至少有22種tet基因從水環(huán)境中分離出的細(xì)菌中被檢測(cè)出，大部分的基因能編碼運(yùn)輸?shù)鞍?，將抗生素從?xì)菌細(xì)胞中排出使細(xì)胞間的四環(huán)素濃度降低，維持核糖體正常運(yùn)行。許多四環(huán)素基因位于染色體非移動(dòng)的質(zhì)?；蛘卟煌暾霓D(zhuǎn)座子上，但一些編碼外排酶和核糖體保護(hù)的基因仍具有一個(gè)廣泛的宿主范圍，并已發(fā)現(xiàn)存在于包括革蘭氏陽(yáng)性菌和革蘭氏陰性菌的環(huán)境細(xì)菌中[5]。

1.2 水環(huán)境四環(huán)素抗性基因的來(lái)源

當(dāng)前對(duì)于水環(huán)境四環(huán)素抗性基因的研究主要關(guān)注于地表水體和養(yǎng)殖廢水。這是由于四環(huán)素具有抑菌和促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)的作用而被用于醫(yī)療和養(yǎng)殖行業(yè)，但其卻不易被人體或動(dòng)物吸收，大部分隨著尿液、糞便最終進(jìn)入水環(huán)境中。因此，四環(huán)素對(duì)水環(huán)境的污染首當(dāng)其沖。

污水處理廠是抗生素抗性基因在水生細(xì)菌之間發(fā)生水平基因轉(zhuǎn)移的高發(fā)區(qū)。雖然一些處理設(shè)施能夠顯著地降低某些四環(huán)素抗性基因，但是出水中的濃度仍然很高。因此，從污水處理廠不斷排出的抗性基因的是導(dǎo)致自然背景水環(huán)境中抗性基因增加的一個(gè)很重要的外部來(lái)源。

1.3 水環(huán)境中四環(huán)素抗性基因的污染現(xiàn)狀

四環(huán)素的長(zhǎng)期過(guò)度使用，使水體環(huán)境成為耐四環(huán)素細(xì)菌和四環(huán)素抗性基因的儲(chǔ)存庫(kù)。據(jù)報(bào)道，目前已經(jīng)在不同的水環(huán)境介質(zhì)中——地表水體、污水處理廠及養(yǎng)殖場(chǎng)等均檢測(cè)出耐四環(huán)素的細(xì)菌與tet基因，由此反應(yīng)出因tet抗性基因造成了水環(huán)境的健康風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題。Zhang[1]等從江蘇不同的水體環(huán)境中檢測(cè)出tetC和tetA，而且tetA、tetC在這些水體環(huán)境中的分布甚廣，且河流流經(jīng)南京市后tetA、tetC顯著提高，這可能是由于人類(lèi)活動(dòng)的干擾而造成。

隨著微生物的進(jìn)化及研究的深入，研究者發(fā)現(xiàn)，細(xì)菌對(duì)四環(huán)素的抗性基因已由單一基因逐漸發(fā)展為含有多重抗性基因，使其對(duì)四環(huán)素的抗性進(jìn)一步加強(qiáng)。例如，Ran[2]等從珠江分離出的58株耐四環(huán)素腸桿菌，其中55%的菌株攜帶單一的tet基因，28%的菌株同時(shí)含有兩種不同的tet基因。

縱觀當(dāng)前的研究結(jié)果可以看出，在不同環(huán)境介質(zhì)中四環(huán)素抗性基因的分布和豐度卻有很大的差別。何基兵等[3]研究發(fā)現(xiàn)ARGs檢出率在活性污泥中最高，其次為沉積物樣品，表層水體中最低，除tetO和tetS外，其他11種基因均被檢出，tetB、tetQ和tetT在沉積物樣品和表層水體中均沒(méi)有檢測(cè)出。造成tet分布不同的原因可能是活性污泥中存在的大量微生物為ARGs在菌群間傳播提供了天然場(chǎng)所，抗生素在沉積物中累積加強(qiáng)了環(huán)境選擇壓力，使得沉積物中的ARGs穩(wěn)定存在。

2 需要解決的問(wèn)題以及今后的研究重點(diǎn)

目前，有關(guān)四環(huán)素抗性基因的研究報(bào)道居于多數(shù)，但仍存在以下幾個(gè)方面的問(wèn)題：

（1）雖然眾多的研究反應(yīng)了四環(huán)素的長(zhǎng)期濫用是導(dǎo)致tet基因產(chǎn)生的主要起因，然而截至目前為止并沒(méi)有建立水環(huán)境中四環(huán)素的濃度與耐四環(huán)素細(xì)菌密度的數(shù)學(xué)模式，該模式的建立有助于定量分析四環(huán)素對(duì)tet基因的影響。

（2）因抗生素抗性基因?qū)е碌膶?duì)抗生素有抗性的病原體的傳播是本世紀(jì)對(duì)人類(lèi)健康生活最嚴(yán)重的威脅之一。但是目前的研究很少真正直觀的立足于與人類(lèi)關(guān)系更為密切的病原菌中的四環(huán)素抗性基因，大多數(shù)情況仍是將二者分開(kāi)研究，并沒(méi)有真正反映出含有tet基因的病原菌對(duì)公眾健康構(gòu)成的威脅。

（3）目前對(duì)于廢水的處理借助于污水處理廠，而污水處理廠的最終出水中仍還有較高濃度的抗性細(xì)菌及tet基因，是受納水體中抗性細(xì)菌及tet基因的來(lái)源，因此加強(qiáng)對(duì)污水中抗性細(xì)菌及tet基因去除的科學(xué)研究是非常必要的。

參考文獻(xiàn)

[1]Xuxiang Zhang，Bing Wu，Yan Zhang，Tong Zhang，Liuyan Yang，Herbert H. P. Fang，Tim Ford，Shupei Cheng.Class 1 integronase gene and tetracycline resistance genes tetA andtetC in different water environments of Jiangsu Province， China[J].Ecotoxicology，

2009，18：652-660.

[2]Ran Tao，Guang-Guo Ying，Hao-Chang Su，Hong-Wei Zhou，Jatinder P.S.Sidhu.Detection of antibiotic resistance and tetracycline resistance genes in Enterobacteriaceae isolated from the Pearl rivers in South China[J].Environment Pollution，2010，158：2101-2109.

[3]何基兵，胡安誼，陳猛，等.九龍江河口及廈門(mén)污水處理設(shè)施抗生素抗性基因污染分析[J].微生物學(xué)通報(bào)，2012，39（5）：683-695.