益生菌双歧杆菌中红霉素耐药基因的传播机制研究获新进展

本网讯 （通讯员 李百元）近日，湖南科技学院化学与生物工程学院尹业师团队解析了红霉素耐药基因erm(X)在益生菌双歧杆菌间传播途径及其机制，相关研究成果发表于微生物领域经典学术期刊Applied and Environmental Microbiology《应用与环境微生物学》（中科院二区TOP，IF= 4.792），该期刊连同Nature、Science和PNAS一起被美国Special Libraries Association（《专门图书学会》）评选为“过去100年中最有影响力的100个杂志”之一。

　　双歧杆菌是人类肠道微生物的重要成员，与人类健康息息相关。不同生命阶段双歧杆菌存在的各种分类群有所差异比如短双歧杆菌和长双歧杆菌是婴儿肠道中最丰富的两种双歧杆菌，而青春双歧杆菌在成人肠道中含量更高。由于双歧杆菌具有特定的潜在益生菌特性，双歧杆菌已被食品工业广泛用作益生菌微生物。这些益生菌特性主要与肠道疾病和免疫系统疾病的预防和治疗有关，例如缓解肠易激疾病的症状、改善乳糖不耐症患者的症状以及改善儿童特应性皮炎的疾病评分。但是随着抗生素的大量使用，双歧杆菌的安全问题必须引起重视，因为它已被用作常用的商业益生菌之一。目前，抗生素耐药基因(ARG)的存在是微生物相关的潜在安全风险之一，更为重要的是这些耐药基因，携带在诸如质粒和转座子等可移动遗传元件上，可能会转移到其他细菌，从而带来严重的安全问题。

双歧杆菌的抗生素耐药性表型，但其中大多数情况下，是由于染色体基因的突变引起的，转移的风险被认为非常低。然而，最近报道发现在双歧杆菌属中检测到大约783个耐药基因，其中47%是双歧杆菌核心基因组序列，其中大约6%的预测人类肠道衍生的双歧杆菌ARG可能通过水平基因转移从其他细菌如加德纳菌和乳酸杆菌中获得。由于在基因组岛、接合转座子和噬菌体等移动元件上或附近发现了这些ARG，这表明存在转移到其他细菌的潜在风险。由于在治疗各种感染时过度使用大环内酯、林可酰胺和链霉素，导致近年来在双歧杆菌菌株中也陆续发现了erm(X)介导的大环内酯类抗生素耐药性。此外，一些条件性病原菌，例如棒状杆菌属、弓形杆菌属和丙酸杆菌属也已被检测到含有erm(X)。在双歧杆菌属中，erm(X)分布非常广泛，仅次于四环素抗性基因tet(W)，而且，双歧杆菌中的erm(X)与病原菌中erm(X)序列上高度同源，推测其可能有着相同的来源。因此，双歧杆菌可能作为抗生素抗性基因(ARG)的储存库，这些基因具有转移到病原体的潜在风险。然而，人们对erm(X) 基因在双歧杆菌基因组中的传播和整合的机理知之甚少。

图1 双歧杆菌基因组岛介导的抗生素耐药性erm(X)传播的模拟图。

在我们的研究中，从微生物学层面发现了erm(X)基因可以在不同的双歧杆菌菌株中进行转移。从分子生物学和遗传学角度对其转移机制进行解析，发现erm(X)位于基因岛BKGI1上，并且随着BKGI1的转移而转移。据我们所知，这是首次报道基因岛介导基因erm(X) 在双歧杆菌中转移。结合生物信息学分析发现基因岛BKGI1广泛存在于双歧杆菌菌株中，特别是在长双歧杆菌菌株中最为丰富（与erm(X)在长双歧杆菌菌株中丰度最高高度吻合）。因此，我们的结果证实基因组岛 BKGI1 是erm(X) 传播的载体之一，基因组岛在双歧杆菌物种中基因erm(X) 的传播中起重要作用。

    化学与生物工程学院李百元博士为该论文的第一作者，尹业师教授为通讯作者，还有蔺凡和武传昱等多名本科生参与了该工作。本研究工作得到国家自然科学基金、湖南省自然科学基金、中科院南海海洋研究所开放性课题等项目的资助。

                                 （一审 唐珊珊 二审 任学兵 三审 曾二青）