人類病原菌中抗生素抗性水平的升高給全球人類的健康帶來了巨大的威脅。由于可用藥物不能有效殺死耐藥性致病菌，全球每年約70萬人死于耐藥菌感染。除了臨床環境，土壤中檢測到的抗生素抗性基因的多樣性和豐度也在不斷攀升。
與以往環境領域所關注的重金屬、有機污染物等不同，抗生素抗性基因這一新型污染物不僅能在宿主細菌中伴隨細菌增殖而增加豐度，還會通過基因突變和基因水平轉移增加多樣性、宿主范圍及豐度。質粒接合是基因水平轉移的三大機制之一，其所攜帶的全部基因在接合過程中復制增加，使原宿主及受體都擁有這些基因，因此在推動抗生素抗性基因的環境擴散乃至病原菌擴散中起著重要作用。
在國家科技攻關項目和國家自然科學基金項目等的資助下，中國科學院城市環境研究所朱永官研究團隊借助熒光蛋白基因標記追蹤了攜帶抗性基因的廣宿主質粒RP4及其宿主細菌Pseudomonas putida KT2442在土壤原位環境中的動態變化。長達75天的土壤培養試驗中，熒光基因標記的質粒能在土壤中長期存留，并在培養初期即與土壤原生菌群發生了水平轉移，且接合子菌種豐富，超過15個門。隨著培養時間延長，質粒的轉移效率增加，轉移范圍擴大。變形菌門在接合子中占絕對優勢，同時質粒也水平轉移到親緣關系較遠的菌種中。一些潛在病原菌如金黃色葡萄球菌在接合子中亦有檢出。該研究揭示了抗生素抗性基因通過質粒快速且向更廣泛的宿主擴散的潛在風險。
此項研究結果以Fate of Antibiotic Resistant Pseudomonas putida and Broad Host Range Plasmid in Natural Soil Microcosms 為題發表在國際微生物學期刊Frontiers in microbiology上，城市環境所博士研究生范曉婷為第一作者，研究員蘇建強為通訊作者。
圖1 宿主與質粒的動態變化
圖2 質粒接合子菌群的系統發育樹
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