1、 1 本科毕业论文 文献综述 环境 工程 抗生素耐药基因由于肥料的应用在农业领域得到扩展 摘要 ：抗生素在畜牧业的运用推动了抗生素耐药性在农业环境中的发展和多样性。肥料成为了耐药菌和抗生素化合物的储存库，它在农业土壤的运用是假设抗生素耐药基因的显著增加和土壤中耐药菌种群的选择。抗性基因组的位置 很可能朝着可移动遗传元件转移，例如，广宿主范围质粒、 整合子和转座元件。细菌水平转移这些元件以适应土壤或其他生长环境来维持原始宿主中传播环境的独立。人类对于土壤带耐药性的曝光有待决定，但是很可能被很严重地忽视。 关键词 ：抗生素耐药性 ；粪肥；土壤；耐药性传递 1. 前沿 抗生素抗性基因的扩展和演变，还
2、有它们通过病原体而采集，已经成为了一项至为重要的临床挑战。大量的抗生素化合物被运用在畜牧业，引起动物耐药性比例的增长 1。公共卫生有着抗传染病因子可能会从动物传递到人类的危险，这会导致方针政策上的一个改变。例如，在欧洲联盟，是禁止使用抗生素来作为促进生长的因子，在很多国家，是通过引进食用动物的抗生素来探测系统。当动物或食物隔离群的抗生素耐药性被详细调查的时候，抗性基因从农田转移到周围环境的研究仅仅在过去的时光里前进。耐药性的重要来源是畜粪 在耕种土壤的施用和粪肥氧化池的泄漏。 这个文学观察主要来自于过去的三年。它概述在不同家畜粪肥中的抗生素化合物，抗病菌和耐药基因的最新发现，把焦点放在耕种土壤
3、中粪肥的抗药水平。 抗生素耐药基因的水平转移是一个特殊的重点，它坐落在 可移动遗传元件，例如，转位因子或质粒。在物种与层之间， 这些遗传成分的转移是被辩论的，它的转移是为了辨别数据缺口进行人类曝光的鉴定。 2 抗生素耐药性 2.1 兽医的抗生素在粪肥和土壤中的命运 虽然抗生素的用法大致决定了粪肥细菌抗生素的模类型，抗生素分泌的数量和抗生素在粪肥和土壤中的命运将 决定耐药菌在环境中的选择优势。抗生素的数量有2 助于农场动物在物种和地区之间的多重复合。在欧洲，每千克动物产物抗生素总量应位于少于 20和 188毫克之间 2。牛奶场在强度上有比制肉场低的待遇。一旦被执行，差不多 30-90%兽医的抗生
4、素和粪便一起被排掉。在粪肥中， 内酰胺和大环内酯族，例如，太乐菌素依时间为序降低储存期间半衰期，但是很多抗生素化合物扩散在粪肥中被转移到土壤。然而，标准浓度会比在粪肥中小很多，抗生素也变得不能探查。侦查水平和提取程序激烈地倾向于抗生素化合物与土基的结合 3。因此，抗生素在土壤中的实 际总额可能被大量低估。生物药效率在正常位置上的资料是仍就缺失的。 2.2 源自于畜牧业的粪肥的抗生素耐药性 很多最近的研究要点是关于抗生素的用法与细菌菌株耐药性出现概率的联系，这些细菌菌株来自于粪肥，或被粪肥污染的地表水。例如，猪细菌携带耐药基因的频率比牛或羊高，它与用于动物物种的抗生素用量相关 4。以 120 个
5、农场的猪粪为例，当四环素残渣可探测时，四环素抗性基因 M和 O 展现出高浓度。在美国，四环素的价值和四环素耐药基因 M， O， Q 和 W含量间的相互关系在猪氧化池的例子中被发现。在另一个研究中，抗性基因 sul1， sul2和 bla TEM的多样性，还有大规模的粪肥的抗性质粒与抗生素在农场的高施用有关，断奶的小猪和小有机农场的低施用有关 5。 在农场和地域性水平上，很少有信息关于如何快速减少使用抗生素来引起耐药性的降低。在一些生长促动因子的禁止使用之后，观察到动物肠球菌耐药性的减少，这些促动因子的例子在欧洲可作为几个名垂青史的例子。然而，抗药性水平的降低仅仅在百分比范围内，回顾最近，抗性基
6、因在缺少相应的抗生化合物的情况下持续了很多年 6。不同的粪肥处理或处理措施降低耐药性的效率是不被探究的。堆肥减少了患病率和绝对数 量的一些，但并非所有的 乙琥红霉素抗性基因，当厌氧消化或存储时是没有效力的。 2.3 施肥土壤的抗生素耐药性 农业土壤肥料改良增加了相当数量的细菌，这些细菌携带有耐药基因。但是，肥料的作用是偶尔发生的。一系列的研究证明了肥料的改善和耐药性之间的联系。例如， 使用含抗生素的肥料两年之后的 野外土壤的 磺胺耐药性隔离群的传播与应用土壤相比增加了 7。通过两个不同耕作土壤的微观实验表明：肥料和磺胺（ SDZ）3 的协同作用在细菌种群的抗药水平上最少持续两个月 8。 间接加
7、强耐药基因扩散的因素有金属，例如砷，铜，锌，它们由于 肥料的施用而在土壤中积聚 9。至少铜被证明是四环素和万古霉素耐药性的共选。溴脱氧尿苷编入微生物 DNA 以判断不同抗生素浓度在土壤的响应。被铜污染的土壤微生物群落更能耐抗生素，从抗生素浓度的增加导致了 50%溴脱氧尿苷编入的降低看出。确定哪些主要因素影响抗药性在土壤中的扩散是一个值得探究的挑战。 在非耕种土壤的微生物群落中隐匿着一个巨大多样的耐药决定簇，多数临床耐药基因从环境细菌的基因演变而来 10。土壤中耐药基因的存在由抗生素生产者的存在被解释清楚了，抗生素生产者包含耐药基因，保护自己免受次生代谢。抗生素在低浓度环境中可能有其他功能，包括
8、打信号和目的代谢 11。耐药基因在原始土壤上可能适合处理低抗生素浓度，它是结合了代谢和调节网系统，并趋向于可动的遗传因子 12。在高浓度，选择性压力下，这些基因在基因组可能复制，与转位分子遗传成分和质粒联合，赋予更高的耐药水平。它们整合广宿主范围质粒或其他分散的元素，由此有利于细菌宿主的宽量程，从而丰富了水平基因库 13。 3.抗生素耐药性的传递 3.1 施肥土壤中种族间抗生素抗药性的传递 环境的存储库是临床分离株中新耐药基因的重要来源 10。初看，肥料加大土壤微生物 群落中耐药性的存储，似乎是不可能的。然而，耐药基因和选择性因子在数量上有很大输入，肥料有利于土壤中的耐药水平。另外，肥料引进了
9、细菌，这些细菌传播复杂的耐药基因的各种制品，它们位于转位分子元素上。可以有效地传送广宿主范围或其他成对元素到土壤的多数种群，接着是其他栖息地。 从肥料到土壤细菌的水平转移在耐药性传播上是一个重要因素。事实表明，肥料和土壤的细菌群落大半是不同的，将核糖核酸型引入到土壤能降低检测水平。总所周知，可培养的粪便细菌在土壤中的残存时间只有几个星期到几个月。然而，水平基因从这些细菌转移到天然土壤 细菌可能间接保留耐药基因在土壤中。 土壤和粪肥里的一些耐药性细菌是种族发育的，它们贴近人类的病原体，如不动杆菌属，使基因交换的可能性更大。例如 IS Aba1的插入顺序，它调解 blaOXA-23在多重耐药鲍曼不
10、动杆菌的临床隔离群上的采集 14， IS Aba2是在全欧洲流行的克隆繁殖的一个耐碳青霉烯的质粒上发现的，还时常发现在隔离粪肥和土壤的4 LowGC-type质粒上。这些质粒有很多的遗传签名，在不动杆菌属很好的复制。 后天性的耐药基因和移动的遗传因素经常强加代价在宿主细胞上，代价就是在缺少抗生素时，宿主的适 用性降低。后天性耐药基因在缺少选择性压力时的代价是进一步降低人口，通过异构现象的水平基因转移 16。耐药基因坚持一个开放的亚躯体，从而提高抗生素选择性的相对丰度。 3. 2 抗生素耐药性在栖息地和人类的接触地之间的传递 关于抗生素耐药性从农场转移到人类的大多数研究是集中在动物传染病，细菌和
11、与动物的直接环境，排泄或生产品接触的直接传染 16。然而，大量的粪肥引进耐药性细菌和抗生素化合物到土壤，水平基因转移的效应表明环境传染可能同样扮演一个重要角色。耐药性细菌粘附在农作物内或变成内寄生菌，可能导致人类通过食物消耗而暴露。耐药性内生寄生菌的建立可能通过植物摄取抗生素来得到支持。最近的一个风险评估是关于人类暴露于 弯曲杆菌属，得出结论，食入娱乐用水仅 11分之 1 可能低于来自于生鸡的暴露。空气中传播颗粒的耐药性细菌可吸入，沉积在人类皮肤的也可直接吸入。低估了耐药性的环境传播可能突出显示耐药基因流到遥远的区域。但是，这些路径一旦被定量化，必须要与其他暴露的耐药性路径比较，例如，住院治疗
12、，与动物或人类直接接触，或食用受污染的肉，建立一个适当的风险属性 。 4.小结 农用抗菌素的使用很有可能对人类社区耐药性传播有重要的影响，因 为环境污染带有可转移的耐药基因，它具有极高的曝光率。许多人低或中度暴露于携带耐药基因的细菌中，这些细菌在环境或食物中可能导致比小数病人携带一种高风险的传播。耐药基因和选择性因子在数量上的大量输入，有利于人类的耐药性治疗。此外，可移动基因包含在肥料中，与天然土壤细菌的基因相比是不同的。耐药基因位于可移动遗传的因素，通过水平基因转移从土壤里转移到其他环境层。因此，跟踪耐药基因和联合可移动遗传元素看起来更适 合 的去辨别主要的传播路径和预期将来的临床挑战 17
13、。 尽管近期很多的研究都是关于抗生素耐药性传播的，很多问 题仍需要更系统地发表。在耐药性整体水平上，减少抗生素使用生物信息是需要的，是为了评估管理选项。更多的信息关于怎么结合和没收兽药的抗生素，这些抗生素影响生物利用度。5 可移动遗传因素的抗生素选择效果需要被探究，并整合到物种和栖息地之间的基因流动的模型，交换群落是存在的，可移动遗传因素是主要的阻力载体。编入流行病学研究计划可能是有利的，例如，通过特殊的可移动遗传因素患病率进行分析，这些遗传因素在粪便和土壤中携带耐药性基因。6 参考文献 1 朱春敬 . 环境中抗生素抗性基因污染的初步研究 D.中山大学硕士学位论文 . 2008: 1-2. 2
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