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Antibiotics | 阻遏DH5α的大肠杆菌基因组研究揭示细菌素基因与耐药性和毒力因子的共存

Antibiotics | 阻遏DH5α的大肠杆菌基因组研究揭示细菌素基因与耐药性和毒力因子的共存
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本研究揭示了健康人群粪便中分离的大肠杆菌菌株携带细菌素基因,同时普遍存在抗生素耐药性和毒力因子,提示其在肠道微生物生态和抗性传播中的潜在作用。这些菌株的基因组特征为抗生素抗性、毒力和细菌素生产之间的关联提供了新的视角,支持开发精准的益生菌或替代抗菌策略。

 

文献概述
本文《Comparative Genomics of DH5α-Inhibiting Escherichia coli Isolates from Feces of Healthy Individuals Reveals Common Co-Occurrence of Bacteriocin Genes with Virulence Factors and Antibiotic Resistance Genes》,发表于《Antibiotics》杂志,回顾并总结了从健康个体粪便中分离出的具有抑制DH5α能力的大肠杆菌菌株的基因组特征。研究聚焦于细菌素基因、抗生素抗性基因(ARG)及毒力因子的共现情况,为理解这些菌株在肠道微生物群落中的生态角色及其对耐药传播的潜在影响提供了新线索。

背景知识
大肠杆菌是肠道微生物组的重要成员,其携带细菌素、抗生素抗性基因和毒力因子的菌株在健康人群中广泛存在。细菌素(如colicins和microcins)是具有种属特异性抗菌活性的蛋白质,可能影响肠道微生物竞争与稳态。耐药基因的传播是全球健康的主要挑战,尤其是在非临床人群中,其作为抗性基因库的潜在载体值得关注。本研究通过大规模筛选和全基因组测序分析了38株抑制DH5α的大肠杆菌,揭示了其基因组多样性、耐药性、毒力特征及细菌素基因的广泛分布,为后续研究其在微生物群落动态及抗性基因水平传播中的作用奠定基础。

 

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研究方法与实验
研究者从新加坡整合基因组研究(2018年)中收集109份粪便样本,通过大规模spot-on-lawn实验筛选出3107株大肠杆菌中具有抑制DH5α活性的菌株,最终选取38株代表性菌株进行全基因组测序。使用BAGEL4、ResFinder及VirulenceFinder等工具对细菌素、耐药基因和毒力因子进行预测。构建基于81个核心基因的系统发育树以评估菌株间的系统发育关系,并分析其基因组中细菌素、抗性基因和毒力因子的分布模式。

关键结论与观点

  • 92%的菌株携带至少一种细菌素基因,其中以colicins和microcins为主,部分菌株携带hcp-et3-4基因簇,编码T6SS相关效应因子。
  • 约40%的测序菌株为多重耐药(MDR),其中D96菌株耐受多达8类抗生素,耐药基因主要位于质粒上,但部分菌株的耐药性也存在于染色体。
  • 55.3%的菌株符合ExPEC(肠外致病性大肠杆菌)标准,携带≥2个毒力因子,其中Group I(主要为B2和F型)菌株普遍携带≥3个毒力因子。
  • 细菌素可能在肠道微生物竞争中发挥重要作用,同时其与耐药基因的共存可能促进抗性传播,为益生菌开发带来挑战。

研究意义与展望
本研究揭示健康人群肠道菌群中大肠杆菌菌株携带细菌素、耐药基因和毒力因子的复杂基因组特征,为理解其在微生物生态中的作用提供了新视角。未来需进一步评估这些菌株是否能在体内有效抑制多重耐药细菌,并探索其作为益生菌的潜力。同时,研究染色体介导的耐药性演化,有助于预测抗性基因在微生物群中的扩散风险。

 

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结语
健康个体粪便中分离的DH5α抑制型大肠杆菌显示出高度基因组多样性,并普遍携带细菌素、抗生素耐药性和毒力因子。这些特征提示其在肠道微生物竞争中可能具有适应性优势,并作为抗性基因传播的载体。研究强调在开发细菌素生产菌株作为益生菌时需综合评估其安全性及遗传稳定性,以避免耐药和毒力基因的水平转移。本研究为健康人群中抗性基因的传播及微生物生态调控提供了基础数据,并为后续探索益生菌候选株的可行性与风险提供依据。

 

文献来源:
Shuan Er, Yichen Ding, Linda Wei Lin Tan, Niranjan Nagarajan, and Henning Seedorf. Comparative Genomics of DH5α-Inhibiting Escherichia coli Isolates from Feces of Healthy Individuals Reveals Common Co-Occurrence of Bacteriocin Genes with Virulence Factors and Antibiotic Resistance Genes. Antibiotics.